KR102430331B1 - Si DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR AND FABRICATION METHOD THEREOF - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 분산 브래그 반사기 및 그 제조방법에 관한 것으로로, 실리콘 기판에 실리콘 산화막과 실리콘층을 반복 적층하거나 에어층과 실리콘층이 반복 적층하여 반사층을 형성함으로써, 기존의 실리콘 공정과 호환 가능하며 가시광선 대역에서 99% 이상의 높은 반사율을 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기를 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a silicon dispersed Bragg reflector and a method for manufacturing the same. By repeatedly stacking a silicon oxide film and a silicon layer on a silicon substrate or repeatedly stacking an air layer and a silicon layer to form a reflective layer, it is compatible with the existing silicon process. There is an effect that it is possible to manufacture a silicon dispersed Bragg reflector having a high reflectance of 99% or more in the visible light band.

Description

실리콘 분산 브래그 반사기 및 그 제조방법{Si DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR AND FABRICATION METHOD THEREOF}Si DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR AND FABRICATION METHOD THEREOF

본 발명은 실리콘 기반의 분산 브래그 반사기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광선 대역에서 높은 반사율을 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon-based dispersed Bragg reflector, and more particularly, to a silicon dispersed Bragg reflector having a high reflectance in a visible light band and a method for manufacturing the same.

광학소자의 효율을 높이기 위해서는 광원에 대한 효율이 높아야 한다. 이를 높이기 위해, 최근에는 빛이 들어가는 수직방향으로 분산 브래그 반사기를 이용하여 소자의 효율을 높이려 하고 있다. 특히, 가시광선에서의 높은 효율을 가지기 위많은 연구가 진행이 되고 있다.In order to increase the efficiency of the optical device, the efficiency of the light source must be high. In order to increase this, recently, an attempt has been made to increase the efficiency of the device by using a dispersed Bragg reflector in the vertical direction into which light enters. In particular, many studies are being conducted to have high efficiency in visible light.

한국 등록특허 제10-1712543호에서는 분산 브래그 반사기 하부에 금속층을 형성하는 기술이 개시되어 있고, 한국 공개특허 제10-2014-0012177호에서는 분산 브래그 반사기 하부에 금속층을 포함하며 고 굴절률 유전체층과 저 굴절률 유전체층을 반복 적층하는 기술이 개시되어 있다.Korean Patent Registration No. 10-1712543 discloses a technique for forming a metal layer under a dispersed Bragg reflector, and Korean Patent Publication No. 10-2014-0012177 includes a metal layer under the dispersed Bragg reflector, a high refractive index dielectric layer and a low refractive index A technique for repeatedly stacking dielectric layers is disclosed.

그러나, 상기 기술들은 기존의 실리콘 공정과 호환하기 어려운 문제점이 있다.However, the above technologies have a problem in that they are difficult to be compatible with the existing silicon process.

따라서 본 발명은 기존의 실리콘 공정과 호환 가능하며 가시광선 대역에서 높은 반사율을 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a silicon dispersed Bragg reflector compatible with the existing silicon process and having a high reflectance in the visible light band and a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기는 실리콘 기판; 및 상기 실리콘 기판에 연이어 실리콘 산화막과 실리콘층이 반복 적층된 복수개의 반사층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a silicon dispersed Bragg reflector according to an embodiment of the present invention includes a silicon substrate; and a plurality of reflective layers in which a silicon oxide film and a silicon layer are repeatedly stacked on the silicon substrate.

여기서, 상기 반사층은 상기 실리콘 산화막과 상기 실리콘층을 한 쌍으로 하여 4개 쌍 이상 반복 적층된 것일 수 있다. 상기 실리콘 산화막은 90~100 nm의 두께를 갖고, 상기 실리콘층은 30~40 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 실리콘층은 폴리실리콘층일 수 있다.Here, the reflective layer may be formed by repeatedly stacking four or more pairs of the silicon oxide film and the silicon layer as a pair. The silicon oxide layer may have a thickness of 90 to 100 nm, and the silicon layer may have a thickness of 30 to 40 nm. The silicon layer may be a polysilicon layer.

본 발명의 다른 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기는 실리콘 기판; 및 상기 실리콘 기판에 연이어 에어층과 실리콘층이 반복 적층된 복수개의 반사층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A silicon dispersed Bragg reflector according to another embodiment of the present invention includes a silicon substrate; and a plurality of reflective layers in which an air layer and a silicon layer are repeatedly stacked on the silicon substrate.

여기서, 상기 반사층은 상기 에어층과 상기 실리콘층을 한 쌍으로 하여 4개 쌍 이상 반복 적층된 것일 수 있다. 상기 에어층은 120~130 nm의 두께를 갖고, 상기 실리콘층은 25~35 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 실리콘층은 폴리실리콘층일 수 있다.Here, the reflective layer may be one in which four or more pairs of the air layer and the silicon layer are repeatedly stacked as a pair. The air layer may have a thickness of 120 to 130 nm, and the silicon layer may have a thickness of 25 to 35 nm. The silicon layer may be a polysilicon layer.

본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기의 제조방법은 실리콘 기판에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막과 실리콘층이 반복 적층된 복수개의 반사층을 형성하는 제 1 단계; 및 열공정을 진행하여 상기 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 2 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a silicon dispersed Bragg reflector according to an embodiment of the present invention comprises a first step of alternately repeating a silicon oxide film forming process and a silicon deposition process on a silicon substrate to form a plurality of reflective layers in which a silicon oxide film and a silicon layer are repeatedly stacked. ; and a second step of increasing crystallinity of the silicon layer into a polysilicon layer by performing a thermal process.

여기서, 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 습식 산화공정(Wet Oxidation)이고, 상기 실리콘 증착 공정은 고밀도플라즈마화학기상증착(HDPCVD) 공정일 수 있다. 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 상기 습식 산화공정으로 실리콘 산화막을 형성한 후 24시간 동안 900 ℃에서 열공정을 더 진행할 수 있다.Here, the silicon oxide film forming process may be a wet oxidation process, and the silicon deposition process may be a high-density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD) process. In the silicon oxide film forming process, a thermal process may be further performed at 900° C. for 24 hours after the silicon oxide film is formed by the wet oxidation process.

다른 방법으로, 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 600~900℃ 범위에서 열공정으로, 상기 실리콘 증착 공정은 저압화학기상증착(LPCVD) 공정일 수 있다.Alternatively, the silicon oxide film forming process may be a thermal process in a range of 600 to 900° C., and the silicon deposition process may be a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process.

상기 제 2 단계의 열공정은 900 ℃에서 24시간 진행할 수 있다.The thermal process of the second step may be performed at 900° C. for 24 hours.

본 발명의 다른 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기의 제조방법은 실리콘 기판에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막과 실리콘층을 반복 적층하는 제 1 단계; 및 HF으로 상기 실리콘 산화막을 제거하여 이웃한 실리콘층 사이에 에어층을 형성하는 제 2 단계; 및 열공정을 진행하여 상기 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 3 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a silicon dispersed Bragg reflector according to another embodiment of the present invention comprises: a first step of repeatedly stacking a silicon oxide film and a silicon layer by alternately repeating a silicon oxide film forming process and a silicon deposition process on a silicon substrate; and a second step of removing the silicon oxide film with HF to form an air layer between adjacent silicon layers. and a third step of increasing crystallinity of the silicon layer into a polysilicon layer by performing a thermal process.

본 발명은 실리콘 기판에 실리콘 산화막과 실리콘층을 반복 적층하거나 에어층과 실리콘층이 반복 적층하여 반사층을 형성함으로써, 기존의 실리콘 공정과 호환 가능하며 가시광선 대역에서 99% 이상의 높은 반사율을 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이를 통해 실리콘 CMOS 기술과 집적이 가능한 실리콘 포토닉스의 기술 영역을 확장할 수 있으며 광검출기 및 LED와 레이저 등 광학 수동 및 능동 소자에 모두 결합하여 사용할 수가 있다. The present invention is compatible with the existing silicon process by repeatedly stacking a silicon oxide film and a silicon layer on a silicon substrate or repeatedly stacking an air layer and a silicon layer to form a reflective layer, and it is compatible with the existing silicon process and has a high reflectance of 99% or more in the visible ray band. There is an effect that can manufacture a Bragg reflector. In addition, it can expand the technology area of silicon photonics that can be integrated with silicon CMOS technology, and can be used in combination with photodetectors and optical passive and active devices such as LEDs and lasers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기의 핵심 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기의 핵심 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 열공정 온도에 따른 실리콘의 굴절률을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실리콘 산화막의 증착방법에 따른 실리콘 산화막의 굴절률을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실리콘 산화막의 증착방법에 따른 실리콘 산화막의 균일도와 증착시간을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1의 실리콘 분산 브래그 반사기에 대한 파장에 따른 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막은 95 nm, 실리콘층은 35 nm의 두께를 가질 때, 쌍의 개수에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막의 두께가 95 nm일 때, 실리콘층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 35 nm일 때, 실리콘 산화막의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 도 2의 구조에서 에어층은 125 nm, 실리콘층은 30 nm의 두께를 가질 때, 쌍의 개수에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 도 2의 구조에서 에어층의 두께가 125 nm일 때, 실리콘층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 30 nm일 때, 에어층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막의 두께가 95 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다.
도 14는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 35 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘 산화막의 두께 변화를 보여주는 그래프이다.
도 15는 도 2의 구조에서 에어층의 두께가 125 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16는 도 2의 구조에서 실리콘층의 두께가 30 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 에어층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다.1 is a perspective view showing a core configuration of a silicon dispersed Bragg reflector according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a core configuration of a silicon dispersed Bragg reflector according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the refractive index of silicon according to the thermal process temperature.
4 is a graph showing the refractive index of the silicon oxide film according to the deposition method of the silicon oxide film.
5 is a graph showing the uniformity of the silicon oxide film and the deposition time according to the deposition method of the silicon oxide film.
FIG. 6 is a graph showing reflectance according to wavelength for the silicon dispersed Bragg reflector of FIG. 1 .
7 is a graph showing a change in reflectance according to the number of pairs when the silicon oxide film has a thickness of 95 nm and the silicon layer has a thickness of 35 nm in the structure of FIG. 1 .
FIG. 8 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of the silicon layer when the thickness of the silicon oxide film in the structure of FIG. 1 is 95 nm.
FIG. 9 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of a silicon oxide film when the thickness of the silicon layer is 35 nm in the structure of FIG. 1 .
10 is a graph showing changes in reflectance according to the number of pairs when the air layer has a thickness of 125 nm and the silicon layer has a thickness of 30 nm in the structure of FIG. 2 .
11 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of a silicon layer when the thickness of the air layer is 125 nm in the structure of FIG. 2 .
12 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of an air layer when the thickness of the silicon layer is 30 nm in the structure of FIG. 1 .
13 is a graph showing a change in the thickness of a silicon layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon oxide film is 95 nm in the structure of FIG. 1 .
14 is a graph showing a change in the thickness of a silicon oxide film having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon layer is 35 nm in the structure of FIG. 1 .
15 is a graph showing a change in the thickness of a silicon layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the air layer is 125 nm in the structure of FIG. 2 .
16 is a graph showing a change in the thickness of the air layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon layer is 30 nm in the structure of FIG. 2 .

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선, 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기는 기본적으로, 도 1과 같이, 실리콘 기판(10); 및 상기 실리콘 기판(10)에 연이어 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)이 반복 적층된 복수개의 반사층(41, 42, 43, 44)을 포함하여 구성된다.First, a silicon dispersed Bragg reflector according to an embodiment of the present invention is basically, as shown in FIG. 1, a silicon substrate 10; and a plurality of reflective layers 41 , 42 , 43 , 44 in which a silicon oxide film 20 and a silicon layer 30 are repeatedly stacked on the silicon substrate 10 .

본 실시예는 실리콘 기판(10)에 바로 연이어 반복 적층된 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)으로 복수개의 반사층(41, 42, 43, 44)을 이루는 것이어서, 기존의 실리콘 공정과 호환 가능하게 된다.In this embodiment, a plurality of reflective layers 41 , 42 , 43 , 44 are formed with a silicon oxide film 20 and a silicon layer 30 that are repeatedly stacked directly on the silicon substrate 10 , so that it is compatible with the existing silicon process. will do

여기서, 상기 반사층은 실리콘 산화막(예컨대, SiO2)과 실리콘층을 한 쌍으로 하여, 도 1과 같이, 4개 쌍 이상 반복 적층된 것(41, 42, 43, 44)이 바람직하다. 도 7에 의하면, 반사층을 이루는 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)의 쌍(pair)의 개수가 많을수록 반사율이 높음을 알 수 있다. 도 7에서 쌍이 1개인 경우를 제외하고, 특히 4개 이상일 경우 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.Here, the reflective layer is preferably a silicon oxide film (eg, SiO 2 ) and a silicon layer as a pair, as shown in FIG. 1, in which four or more pairs are repeatedly stacked (41, 42, 43, 44). Referring to FIG. 7 , it can be seen that the higher the number of pairs of the silicon oxide film 20 and the silicon layer 30 constituting the reflective layer, the higher the reflectance. In FIG. 7 , it can be confirmed that, in the case of 4 or more pairs, the reflectance is 99% or more in the visible ray band, except for the case of one pair.

상기 실리콘 산화막(20)은 90~100 nm의 두께를 갖고, 상기 실리콘층(30)은 30~40 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 도 13 및 도 14를 참조하면, 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가지는 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)의 두께 변화는 각각 95 nm와 35 nm에서 적어도 ±5 nm 범위 내임을 알 수 있기 때문이다.Preferably, the silicon oxide film 20 has a thickness of 90 to 100 nm, and the silicon layer 30 has a thickness of 30 to 40 nm. 13 and 14, it can be seen that the thickness change of the silicon oxide film 20 and the silicon layer 30 having a reflectance of 99% or more in the visible light band is within the range of at least ±5 nm in 95 nm and 35 nm, respectively. because it can

상기 실리콘층(30)은 실리콘계 물질이면 어느 것도 가능하나 반사도를 높이기 위해서는 결정도가 높은 폴리실리콘층으로 함이 바람직하다.The silicon layer 30 may be any silicon-based material, but it is preferable to use a polysilicon layer having high crystallinity in order to increase reflectivity.

본 발명의 다른 실시예에 의한 실리콘 분산 브래그 반사기는 기본적으로, 도 2와 같이, 실리콘 기판(10); 및 상기 실리콘 기판(10)에 연이어 에어층(22)과 실리콘층(30)이 반복 적층된 복수개의 반사층(41, 42, 43, 44)을 포함하여 구성된다.A silicon dispersed Bragg reflector according to another embodiment of the present invention is basically, as shown in FIG. 2, a silicon substrate 10; and a plurality of reflective layers 41 , 42 , 43 , 44 in which an air layer 22 and a silicon layer 30 are repeatedly stacked on the silicon substrate 10 .

본 실시예는 실리콘 기판(10)에 바로 연이어 반복 적층된 에어층(22)과 실리콘층(30)으로 복수개의 반사층(41, 42, 43, 44)을 이루는 것이어서, 기존의 실리콘 공정과 호환 가능하게 된다.In this embodiment, a plurality of reflective layers 41 , 42 , 43 , 44 are formed with the air layer 22 and the silicon layer 30 that are repeatedly stacked directly on the silicon substrate 10 , so it is compatible with the existing silicon process. will do

여기서, 상기 반사층은 에어층(Air layer)과 실리콘층을 한 쌍으로 하여, 도 2와 같이, 4개 쌍 이상 반복 적층된 것(41, 42, 43, 44)이 바람직하다. 도 10에 의하면, 반사층을 이루는 에어층(22)과 실리콘층(30)의 쌍(pair)의 개수가 많을수록 반사율이 높음을 알 수 있다. 도 10에서 쌍이 1개인 경우를 제외하고, 특히 4개 이상일 경우 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.Here, the reflective layer is preferably an air layer and a silicon layer as a pair, and four or more pairs (41, 42, 43, 44) are repeatedly stacked as shown in FIG. 2 . Referring to FIG. 10 , it can be seen that the higher the number of pairs of the air layer 22 and the silicon layer 30 constituting the reflective layer, the higher the reflectance. In FIG. 10 , it can be confirmed that, in the case of 4 or more pairs, the reflectance is 99% or more in the visible ray band, except for the case of one pair.

상기 에어층(22)은 120~130 nm의 두께를 갖고, 상기 실리콘층(30)은 25~35 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는 도 15 및 도 16을 참조하면, 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가지는 에어층(22)과 실리콘층(30)의 두께 변화는 각각 125 nm와 30 nm에서 적어도 ±5 nm 범위 내임을 알 수 있기 때문이다.Preferably, the air layer 22 has a thickness of 120 to 130 nm, and the silicon layer 30 has a thickness of 25 to 35 nm. 15 and 16, it can be seen that the thickness change of the air layer 22 and the silicon layer 30 having a reflectivity of 99% or more in the visible light band is within the range of at least ±5 nm at 125 nm and 30 nm, respectively. because it can

상기 실리콘층(30)은 실리콘계 물질이면 어느 것도 가능하나 반사도를 높이기 위해서는 결정도가 높은 폴리실리콘층으로 함이 바람직하다.The silicon layer 30 may be any silicon-based material, but it is preferable to use a polysilicon layer having high crystallinity in order to increase reflectivity.

다음은 상술한 실리콘 분산 브래그 반사기를 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing the above-described silicon dispersed Bragg reflector will be described.

먼저, 도 1의 구조를 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기를 제조함에 있어, 실리콘 기판(10)에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)이 반복 적층된 복수개의 반사층(41, 42, 43, 44)을 형성하는 제 1 단계; 및 열공정을 진행하여 상기 실리콘층(30)을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 2 단계를 포함하여 진행함이 바람직하다.First, in manufacturing the silicon dispersed Bragg reflector having the structure of FIG. 1 , the silicon oxide film 20 and the silicon layer 30 are repeatedly stacked by alternately repeating the silicon oxide film forming process and the silicon deposition process on the silicon substrate 10 . A first step of forming a plurality of reflective layers (41, 42, 43, 44); and a second step of increasing crystallinity of the silicon layer 30 into a polysilicon layer by performing a thermal process.

이렇게 함으로써, 동일한 실리콘 기판(10)에 도 1의 구조를 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기 뿐만 아니라 이를 제어하는 회로 소자도 같은 실리콘 공정을 이용하여 함께 제조할 수 있는 장점이 있다.By doing so, there is an advantage that not only the silicon dispersed Bragg reflector having the structure of FIG. 1 but also the circuit device controlling the same can be manufactured using the same silicon process on the same silicon substrate 10 .

여기서, 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 습식 산화공정(Wet Oxidation)이고, 상기 실리콘 증착 공정은 고밀도플라즈마화학기상증착(HDPCVD) 공정으로 함이 바람직하다.Here, the silicon oxide film forming process is a wet oxidation process, and the silicon deposition process is preferably a high-density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD) process.

도 5는 다른 증착 방법에서 얻은 SiO2의 균일도와 증착 시간 간의 상관 관계를 보여준다. 원하는 두께를 얻기 위해서 가장 짧은 공정 시간을 가지는 방법은 PECVD이나 균일도가 좋지 못함을 알 수 있다. 가장 우수한 균일도를 보인 공정은 wet oxidation이다. 다만, 이 경우 공정 시간이 길고 공정 과정에 있어 실리콘을 소모하므로 LPCVD로 증착되는 실리콘을 층마다 정확히 계산해야 하는 어려움이 따른다. uniformity와 공정 시간을 고려할 때 가장 적합한 방법은 HDPCVD임을 알 수 있다.5 shows the correlation between the uniformity of SiO 2 and the deposition time obtained by different deposition methods. It can be seen that the method having the shortest process time to obtain the desired thickness is PECVD, but the uniformity is not good. The process that showed the best uniformity was wet oxidation. However, in this case, since the process time is long and silicon is consumed during the process, it is difficult to accurately calculate the amount of silicon deposited by LPCVD for each layer. Considering the uniformity and process time, it can be seen that the most suitable method is HDPCVD.

실시예에 따라, 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 상기 습식 산화공정으로 실리콘 산화막을 형성한 후 24시간 동안 900 ℃에서 열공정을 더 진행할 수 있다.In some embodiments, in the silicon oxide film forming process, a thermal process may be further performed at 900° C. for 24 hours after the silicon oxide film is formed by the wet oxidation process.

도 3은 LPCVD(저압화학기상증착)로 실리콘 단일 박막 증착 공정을 진행한 후 500 ℃에서 900 ℃의 범위에서 열공정을 진행했을 때의 굴절률을 보인 것이고, 도 4는 PECVD, HDPCVD, Dry oxidation, Wet Oxidation을 이용하여 단일 박막으로 실리콘 산화막(SiO2)을 제작한 뒤 24시간 동안 900 ℃ 공정을 진행한 뒤 굴절률을 측정한 결과도이다.Figure 3 shows the refractive index when the thermal process in the range of 500 ℃ to 900 ℃ after the silicon single thin film deposition process by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), Figure 4 is PECVD, HDPCVD, Dry oxidation, It is the result of measuring the refractive index after fabricating a silicon oxide film (SiO 2 ) as a single thin film using wet oxidation and performing a process at 900° C. for 24 hours.

열예산을 고려하면 900 ℃에서 증착한다면 이후 상부 소자 공정에서 사용할 수 있는 온도 범위가 그만큼 넓어지므로 바람직하게 된다.Considering the thermal budget, if the deposition is carried out at 900° C., it is preferable because the temperature range that can be used in the subsequent upper device process is widened by that much.

도 3과 도 4를 참작하여, 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 600~900℃ 범위에서 열공정으로, 상기 실리콘 증착 공정은 저압화학기상증착(LPCVD) 공정으로 진행할 수도 있고, 상기 제 2 단계의 열공정은 900 ℃에서 24시간 진행하는 것이 바람직하다.3 and 4, the silicon oxide film forming process is a thermal process in the range of 600 ~ 900 ℃, the silicon deposition process may be carried out as a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, the thermal process of the second step is It is preferable to proceed at 900 °C for 24 hours.

다음, 도 2의 구조를 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing the silicon dispersed Bragg reflector having the structure of FIG. 2 will be described.

먼저, 도 1과 같이, 실리콘 기판(10)에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막(20)과 실리콘층(30)을 반복 적층하는 제 1 단계를 진행하고, 이어 HF으로 상기 실리콘 산화막(20)을 제거하여 이웃한 실리콘층(30) 사이에 에어층(22)을 형성하는 제 2 단계를 진행한다. 이후, 열공정을 진행하여 상기 실리콘층(30)을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 3 단계를 포함하여 진행함이 바람직하다.First, as shown in FIG. 1 , a first step of repeatedly stacking a silicon oxide film 20 and a silicon layer 30 is performed by alternately repeating a silicon oxide film forming process and a silicon deposition process on a silicon substrate 10 , and then HF The second step of forming the air layer 22 between the adjacent silicon layers 30 by removing the silicon oxide film 20 is performed. Thereafter, it is preferable to proceed with a third step of increasing crystallinity of the silicon layer 30 into a polysilicon layer by performing a thermal process.

이렇게 함으로써, 동일한 실리콘 기판(10)에 도 2의 구조를 갖는 실리콘 분산 브래그 반사기 뿐만 아니라 이를 제어하는 회로 소자도 같은 실리콘 공정을 이용하여 함께 제조할 수 있는 장점이 있다.By doing so, there is an advantage that not only the silicon dispersed Bragg reflector having the structure of FIG. 2 but also the circuit device controlling the same can be manufactured using the same silicon process on the same silicon substrate 10 .

여기서도 상기 실리콘 산화막 형성 공정은 습식 산화공정(Wet Oxidation)이고, 상기 실리콘 증착 공정은 고밀도플라즈마화학기상증착(HDPCVD) 공정으로 함이 바람직하다.Here again, the silicon oxide film forming process is a wet oxidation process, and the silicon deposition process is preferably a high-density plasma chemical vapor deposition (HDPCVD) process.

상기 실리콘 산화막 형성 공정은 600~900℃ 범위에서 열공정으로, 상기 실리콘 증착 공정은 저압화학기상증착(LPCVD) 공정으로 진행할 수 있고, 상기 제 3 단계의 열공정은 900 ℃에서 24시간 진행하는 것이 바람직하다.The silicon oxide film forming process may be performed as a thermal process in the range of 600 to 900° C., the silicon deposition process may be performed as a low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, and the thermal process of the third step is preferably performed at 900° C. for 24 hours. do.

도 6은 도 1의 실리콘 분산 브래그 반사기에 대한 파장에 따른 반사율을 보여준다. 실리콘 기판(10)으로부터 4개 쌍(pair)의 실리콘 산화막(20)/실리콘층(30)을 반복하여 증착하여 반사층을 형성하였으며, 각 곡선은 입사광 파장의 1/4에 해당하는 두께를 갖는 구조로부터의 얻은 결과이다. 가시광선 대역인 400 ~ 700 nm 에서 가장 넓은 반사율을 가질 때의 파장대는 550 nm의 광원이 입사됨을 가정하여 설계했을 때이고, 이 때 실리콘층(30)은 35 nm, 실리콘 산화막(SiO2층, 30)은 95 nm의 두께로 하였다.FIG. 6 shows reflectance as a function of wavelength for the silicon dispersed Bragg reflector of FIG. 1 . A reflective layer was formed by repeatedly depositing four pairs of silicon oxide films 20/silicon layers 30 from a silicon substrate 10, and each curve has a thickness corresponding to 1/4 of the wavelength of incident light. is the result obtained from The wavelength band when it has the widest reflectivity in the visible ray band of 400 to 700 nm is when it is designed assuming that a light source of 550 nm is incident, in this case, the silicon layer 30 is 35 nm, and the silicon oxide film (SiO 2 layer, 30 ) was set to a thickness of 95 nm.

도 7은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막은 95 nm, 실리콘층은 35 nm의 두께를 가질 때, 쌍의 개수에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, 쌍(pair)의 개수를 1개에서 8개까지 늘리면서 반사율(reflectivity)을 확인한 결과. pair의 수가 4개 이상이 되면 대략 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있다.7 is a graph showing a change in reflectance according to the number of pairs when the silicon oxide film has a thickness of 95 nm and the silicon layer has a thickness of 35 nm in the structure of FIG. 1 . Here, the result of checking the reflectivity while increasing the number of pairs from 1 to 8. When the number of pairs is 4 or more, it can be confirmed that the reflectance is greater than 99% in the visible ray band.

도 8은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막의 두께가 95 nm일 때, 실리콘층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, 실리콘층이 두꺼워짐에 따라 파란색 광원(445 nm)의 반사율은 35% 이하로 감소하고, 초록색 광원(525 nm)과 빨강색 광원(638 nm)에 대해서는 99.8% 이상의 높음 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.FIG. 8 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of the silicon layer when the thickness of the silicon oxide film in the structure of FIG. 1 is 95 nm. Here, as the silicon layer becomes thicker, the reflectance of the blue light source (445 nm) decreases to 35% or less, and it is confirmed that the green light source (525 nm) and the red light source (638 nm) have a high reflectance of 99.8% or more. can

도 9는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 35 nm일 때, 실리콘 산화막의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서는, SiO2층이 두꺼워짐에 따라 파란색 광원(445 nm)의 반사율은 15% 이하로 감소하고 초록색 광원(525 nm)과 빨강색 광원(638 nm)에 대해서는 99.8% 이상의 높음 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of a silicon oxide film when the thickness of the silicon layer is 35 nm in the structure of FIG. 1 . Here, as the SiO 2 layer becomes thicker, the reflectance of the blue light source (445 nm) decreases to 15% or less, and it is confirmed that the green light source (525 nm) and the red light source (638 nm) have a high reflectance of 99.8% or more. can

도 12는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 30 nm일 때, 에어층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다. 세 광원에 대하여 모두 99.9% 이상의 높은 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.12 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of an air layer when the thickness of the silicon layer is 30 nm in the structure of FIG. 1 . It can be seen that all three light sources have high reflectance of 99.9% or more.

도 13은 도 1의 구조에서 실리콘 산화막의 두께가 95 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, 수직선이 나타내는 범위는 SiO2층의 두께가 95 nm로 고정된 상황에서 실리콘층의 두께 변화에 따른 반사율이 99% 이상의 구간을 나타낸다. 실리콘층 두께가 35 nm 이상에서는 가시광선을 벗어나는 구간의 크기가 커짐을 확인할 수 있다. 13 is a graph showing a change in the thickness of a silicon layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon oxide film is 95 nm in the structure of FIG. 1 . Here, the range indicated by the vertical line represents a section in which the reflectance according to the thickness change of the silicon layer is 99% or more in a situation where the thickness of the SiO 2 layer is fixed to 95 nm. When the thickness of the silicon layer is 35 nm or more, it can be seen that the size of the section outside the visible light is increased.

도 14는 도 1의 구조에서 실리콘층의 두께가 35 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘 산화막의 두께 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, 수직선은 실리콘 층의 두께가 35 nm일 때, SiO2 층의 두께 변화에 따른 반사율이 99% 이상되는 파장 대역을 보여준다. SiO2층이 두꺼워짐에 따라 가시광선 대역을 벗어나는 양이 증가하나 실리콘층 두께 변화에 결과에 비해서는 비교적 완만함을 확인할 수 있다.14 is a graph showing a change in the thickness of a silicon oxide film having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon layer is 35 nm in the structure of FIG. 1 . Here, when the thickness of the silicon layer is 35 nm, the vertical line shows a wavelength band in which the reflectance according to the thickness change of the SiO 2 layer is 99% or more. As the SiO 2 layer becomes thicker, the amount out of the visible ray band increases, but it can be confirmed that the silicon layer thickness change is relatively gentle compared to the result.

한편, 도 2의 구조와 관련된 그래프를 살펴보면, 도 10은 도 2의 구조에서 에어층은 125 nm, 실리콘층은 30 nm의 두께를 가질 때, 쌍의 개수에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프이다. 쌍(pair)의 개수가 4개 이상부터는 가시광선 대역에서 99% 이상의 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, looking at the graph related to the structure of FIG. 2 , FIG. 10 is a graph showing a change in reflectance according to the number of pairs when the air layer has a thickness of 125 nm and the silicon layer has a thickness of 30 nm in the structure of FIG. 2 . From the number of pairs of 4 or more, it can be confirmed that the reflectance is 99% or more in the visible ray band.

도 11은 도 2의 구조에서 에어층의 두께가 125 nm일 때, 실리콘층의 두께 변화에 따른 RGB 광원에 대한 반사율 변화를 보여주는 그래프이다. 세 광원에 대하여 모두 99.9% 이상의 높은 반사율을 가짐을 확인할 수 있다.11 is a graph showing a change in reflectance for an RGB light source according to a change in the thickness of a silicon layer when the thickness of the air layer is 125 nm in the structure of FIG. 2 . It can be seen that all three light sources have high reflectance of 99.9% or more.

도 15는 도 2의 구조에서 에어층의 두께가 125 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 실리콘층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다. 수직선은 반사율이 99% 이상인 파장대를 나타낸다. 여기서, 실리콘층의 두께에 ±5 nm 오차가 발생하더라도 가시광선 대역 거의 모든 영역에 대하여 99% 이상의 반사도를 보임을 확인할 수 있다.15 is a graph showing a change in the thickness of a silicon layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the air layer is 125 nm in the structure of FIG. 2 . The vertical line indicates a wavelength band having a reflectance of 99% or more. Here, it can be confirmed that even if an error of ±5 nm occurs in the thickness of the silicon layer, reflectivity of 99% or more is shown in almost all regions of the visible ray band.

도 16는 도 2의 구조에서 실리콘층의 두께가 30 nm일 때, 반사율 99% 이상을 갖는 에어층의 두께 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서도 수직선은 반사율이 99% 이상인 파장대를 나타낸다. 에어갭 즉 에어층의 두께에 ±5 nm 오차가 발생하더라도 가시광선의 대역 거의 모든 영역에 대하여 99% 이상의 반사도를 보임을 확인할 수 있다. 특히, 변화 기울기는 실리콘층 두께 변화의 경우에 비하여 완만함을 알 수 있다.16 is a graph showing a change in the thickness of the air layer having a reflectance of 99% or more when the thickness of the silicon layer is 30 nm in the structure of FIG. 2 . Here again, the vertical line indicates a wavelength band having a reflectance of 99% or more. Even if an error of ±5 nm occurs in the air gap, that is, the thickness of the air layer, it can be confirmed that the reflectivity is greater than 99% in almost all areas of the visible light band. In particular, it can be seen that the gradient of change is gentler than that of the silicon layer thickness change.

이상으로, 첨부된 도면을 중심으로 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 상술한 실시예에 한정되지 아니하고 다양하게 응용하여 실시될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 기판에 연이어 실리콘 산화막보다 굴절률이 작고 공기(air)보다 굴절률이 큰 유전층이 실리콘층과 반복 적층된 복수개의 반사층을 포함하는 것으로 본 발명의 실리콘 분산 브래그 반사기를 구성할 수도 있다. 여기서, 상기 유전층은 공기(air)와 실리콘 산화막(SiO2)사이의 굴절률을 갖고 기존의 실리콘 공정으로 실리콘층과 반복 적층할 수 있는 물질이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, 실리콘 산화막(SiO2)보다 낮은 유전율을 갖는 low-k 유전박막들이 이에 해당될 수 있다. As described above, the preferred embodiment has been described with reference to the accompanying drawings, but it is not limited to the above-described embodiment and may be implemented by various applications. For example, the silicon dispersed Bragg reflector of the present invention may be constituted by a silicon substrate followed by a dielectric layer having a refractive index lower than that of a silicon oxide film and having a higher refractive index than air including a plurality of reflective layers repeatedly stacked with a silicon layer. Here, the dielectric layer may be any material that has a refractive index between air and a silicon oxide film (SiO 2 ) and can be repeatedly laminated with a silicon layer by a conventional silicon process. For example, low-k dielectric thin films having a lower dielectric constant than that of a silicon oxide film (SiO 2 ) may correspond to this.

10: 실리콘 기판 20: 실리콘 산화막
22: 에에층 30: 실리콘층
41, 42, 43, 44: 반사층10: silicon substrate 20: silicon oxide film
22: E layer 30: silicon layer
41, 42, 43, 44: reflective layer

Claims (18)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 기판; 및
상기 실리콘 기판에 연이어 에어층과 실리콘층이 반복 적층된 복수개의 반사층을 포함하여 구성되되,
상기 에어층은 120~130 nm의 두께를 갖고,
상기 실리콘층은 25~35 nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 분산 브래그 반사기.
silicon substrate; and
Doedoe comprising a plurality of reflective layers in which an air layer and a silicon layer are repeatedly stacked consecutively on the silicon substrate,
The air layer has a thickness of 120 to 130 nm,
The silicon layer is a silicon dispersed Bragg reflector, characterized in that having a thickness of 25 ~ 35 nm.
 제 5 항에 있어서,
상기 반사층은 상기 에어층과 상기 실리콘층을 한 쌍으로 하여 4개 쌍 이상 반복 적층된 것을 특징으로 하는 실리콘 분산 브래그 반사기.
6. The method of claim 5,
The reflective layer is a silicon dispersed Bragg reflector, characterized in that four or more pairs of the air layer and the silicon layer are repeatedly stacked as a pair.
 삭제delete 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 실리콘층은 폴리실리콘층인 것을 특징으로 하는 실리콘 분산 브래그 반사기.
7. The method according to claim 5 or 6,
The silicon layer is a silicon dispersed Bragg reflector, characterized in that the polysilicon layer.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 기판에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막과 실리콘층이 반복 적층된 복수개의 반사층을 형성하는 제 1 단계; 및
열공정을 진행하여 상기 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 2 단계를 포함하여 구성되되,
상기 제 2 단계의 열공정은 900 ℃에서 24시간 진행하고,
상기 실리콘 산화막 형성 공정은 600~900℃ 범위에서 열공정으로, 상기 실리콘 증착 공정은 저압화학기상증착(LPCVD) 공정으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 분산 브래그 반사기의 제조방법.
a first step of alternately repeating a silicon oxide film forming process and a silicon deposition process on a silicon substrate to form a plurality of reflective layers in which a silicon oxide film and a silicon layer are repeatedly stacked; and
It is configured to include a second step of increasing crystallinity of the silicon layer into a polysilicon layer by performing a thermal process,
The heat process of the second step is carried out at 900 ° C. for 24 hours,
The silicon oxide film forming process is a thermal process in the range of 600 ~ 900 ℃, the silicon deposition process is a method of manufacturing a silicon dispersed Bragg reflector, characterized in that the low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 기판에 실리콘 산화막 형성 공정과 실리콘 증착 공정을 교대로 반복하여 실리콘 산화막과 실리콘층을 반복 적층하는 제 1 단계; 및
HF으로 상기 실리콘 산화막을 제거하여 이웃한 실리콘층 사이에 에어층을 형성하는 제 2 단계; 및
열공정을 진행하여 상기 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정성을 높이는 제 3 단계를 포함하여 구성되되,
상기 제 3 단계의 열공정은 900 ℃에서 24시간 진행하고,
상기 실리콘 산화막 형성 공정은 600~900℃ 범위에서 열공정으로, 상기 실리콘 증착 공정은 저압화학기상증착(LPCVD)으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 분산 브래그 반사기의 제조방법.a first step of repeatedly stacking a silicon oxide film and a silicon layer on a silicon substrate by alternately repeating a silicon oxide film forming process and a silicon deposition process; and
a second step of removing the silicon oxide film with HF to form an air layer between adjacent silicon layers; and
A third step of increasing the crystallinity of the silicon layer into a polysilicon layer by performing a thermal process,
The thermal process of the third step is carried out at 900 ° C. for 24 hours,
The silicon oxide film forming process is a thermal process in the range of 600 ~ 900 ℃, the silicon deposition process is a method of manufacturing a silicon dispersed Bragg reflector, characterized in that the low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD). 삭제delete 삭제delete
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