KR19990016630A - Light Emitting Diode Having Silicon Substrate and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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정길룡
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손욱
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목적 : P형 실리콘과 투명 도전막 또는 금속막과 사이의 계면 특성을 향상시켜 전자 리크의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 기층으로 가진 발광소자와 그 제조방법을 제공함.PURPOSE: To provide a light emitting device having a silicon base layer capable of suppressing the occurrence of electron leakage by improving the interfacial properties between a P-type silicon and a transparent conductive film or a metal film and a method of manufacturing the same.

구성 : 알루미늄 증착으로 형성된 일측 전극층을 밑면에 갖춘 P형 실리콘 웨이퍼의 한면을 N형으로 도핑시키고 애노다이징시켜 형성되는 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘기공층이 순차 적층되고, 상기 N형 실리콘 기공층의 상면에 N+-a-Si층을 개재하여 도전막이 적층된 구조로 되고, 이것은 밑면에 알루미늄막이 증착된 P형 실리콘 웨이퍼의 한면을 N형으로 도핑하고 에노다이징해서 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘 기공층이 순차 적층 형성되게 하고, 그 위로 a-Si를 PECVD법으로 증착하면서 인-시츄 도핑법으로 고밀도 도핑하여 필름상의 N+-a-Si층이 적층 형성되게 하는 공정을 포함하고 있다.Composition: A P-type silicon pore layer and an N-type silicon pore layer formed by doping and anodizing one surface of a P-type silicon wafer having one electrode layer formed by aluminum deposition on the bottom thereof are sequentially stacked, and the N-type silicon A conductive film is laminated on the upper surface of the pore layer via an N + -a-Si layer, which is doped with an N-type on one side of a P-type silicon wafer, on which an aluminum film is deposited, and then anodized to form a P-type silicon pore. The layer and the N-type silicon pore layer are sequentially stacked, and a-Si is deposited by PECVD and then densely doped by in-situ doping so that the N + -a-Si layer on the film is laminated. It is included.

효과 : 본 발명은 N형 실리콘 기공층과 도전막 사이가 n+-a-Si층에 의해 직접 접촉하지 않음으로써 전류 리크가 발생하지 않게 된다.Effect: In the present invention, current leakage does not occur because the n-type silicon pore layer and the conductive film are not directly contacted by the n + -a-Si layer.

Description

실리콘 기층(基層)을 가지는 발광소자와 그 제조방법Light Emitting Diode Having Silicon Substrate and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 발광소자 및 그제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼와 표면층 사이의 계면을 통한 전류 리크가 발생하지 않게 되어 있는 실리콘 기층을 가진 발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting device having a silicon base layer and a method of manufacturing the same, in which current leakage is not generated through an interface between the silicon wafer and the surface layer.

실리콘 기층을 가진 발광소자는 외부 전원이 인가되었을 때에 가시광선을 방사하는 소자로서, P-N접합부 근처에서 정공과 전자의 재결합이 이루어질 때에 자유전자에 간직된 에너지가 다른 형태의 에너지로 변형되는 현상을 이용하여 광자의 형태로 방사되게 한 구성으로 되어 있다.A light emitting device having a silicon base layer emits visible light when an external power source is applied, and utilizes a phenomenon in which energy stored in free electrons is transformed into other forms of energy when holes and electrons are recombined near a PN junction. To emit in the form of photons.

일반적으로 발광소자에서 광자를 일으키는 물질로는 인화비소갈륨(GaAsP)이나 인화갈륨(GaP)이 주로 사용되고 있다.Generally, arsenic gallium phosphide (GaAsP) or gallium phosphide (GaP) is mainly used as a material for generating photons in a light emitting device.

미국 특허 제5,272,355호에 개시된 실리콘 기공층을 가진 광전 스위칭 및 디스플레이소자는 실리콘 기공층과 금속 또는 투명 도전막이 직접 접촉되어 있어서 상기 실리콘 기공층과 금속 혹은 투명 도전막 사이의 인터페이스 상태에서 계면 결함이 전류 리크로 발생할 소지가 높다. 상기 전류 리크는 전자의 주사 효율을 저해시키는 방향으로 작용하기 때문에 이것이 발생하면 발광 효율이 저하된다.In the photoelectric switching and display device having the silicon pore layer disclosed in U.S. Patent No. 5,272,355, the interface defect is current at the interface between the silicon pore layer and the metal or transparent conductive film because the silicon pore layer is in direct contact with the metal or the transparent conductive film. There is a high possibility of being leaked. Since the current leak acts in a direction that reduces the scanning efficiency of electrons, when this occurs, the luminous efficiency is lowered.

본 발명의 목적은 P형 실리콘과 투명 도전막 또는 금속막 사이의 계면 특성을 향상시켜 전자 리크의 발생을 억제함에 따라 전자의 주사가 양호하여 발광 효율이 향상되게 할 수 있는 실리콘 기층을 가진 발광소자의 제조방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to improve the interfacial properties between P-type silicon and the transparent conductive film or metal film to suppress the generation of electron leaks, so that the scanning of electrons is good, so that the light emitting device having a silicon base layer can be improved. To provide a method of manufacturing.

상기의 목적을 구현하는 본 발명의 발광소자는 알루미늄 증착으로 형성된 일측 전극층을 밑면에 갖춘 P형 실리콘의 한면을 N형으로 도핑시키고 애노다이징하여 형성되는 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘 기공층이 순차 적층 형성되고, 또 N형 실리콘 기공층의 상면에 N+-a-Si층(N형의 불순물이 고농도로 도핑된 아몰퍼스 실리콘층)을 개재하여 도전막이 적층된 구성으로 된다.The light emitting device of the present invention which implements the above object is a P-type silicon pore layer and an N-type silicon pore layer formed by doping and anodizing one side of P-type silicon having an electrode layer formed on aluminum underneath on an underside thereof. This sequential lamination is formed, and a conductive film is laminated on the upper surface of the N-type silicon pore layer via an N + -a-Si layer (amorphous silicon layer doped with N-type impurities).

상기의 발광소자는 밑면에 알루미늄막이 증착된 P형 실리콘 웨이퍼의 한면을 N형으로 도핑시킨 P-N 접합 웨이퍼를 애노다이징하여 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘 기공층이 순차 적층 형성되게 하는 공정과, 상기 N형 실리콘 기공층의 상면으로 a-Si를 PECVD법으로 증착하면서 그 과정에서 인-시츄(IN-SITU)도핑법에 따라 고밀도 도핑하여 필름상의 N+-a-Si층이 적층 형성되게 하는 공정과, 다시 그 위로 투명 도전막 또는 금속막을 증착하는 방법을 통해 얻어질 수 있다.The light emitting device is a process of annealing a PN bonded wafer in which one surface of a P-type silicon wafer having an aluminum film deposited on its bottom surface is doped with an N-type so that a P-type silicon pore layer and an N-type silicon pore layer are sequentially formed. While depositing a-Si on the upper surface of the N-type silicon pore layer by PECVD method, the N + -a-Si layer on the film is laminated by high density doping in accordance with IN-SITU doping method in the process. And a method of depositing a transparent conductive film or a metal film thereon again.

이와 같은 구성의 본 발명은 필름상으로 적층 개재되는 N+-a-Si층에 의해 투명 도전막 또는 금속막이 N형 실리콘 기공층과 직접 접촉하지 않는 구조로 되어 전류 리크가 발생할 염려가 없게 된다.According to the present invention having such a structure, the transparent conductive film or the metal film does not come into direct contact with the N-type silicon pore layer by the N + -a-Si layer interposed in the form of a film, so that there is no fear of current leakage.

도 1은 본 발명에 관련된 발광소자의 구조를 도시하는 단층도.1 is a tomogram showing the structure of a light emitting device according to the present invention;

도2는 본 발명에 관련된 발광소자의 제조 공정을 나타내는 공정도.2 is a process chart showing a manufacturing process of a light emitting device according to the present invention;

도 3은 종래의 발광소자에서 나타나는 결함의 발생부위를 설명하기 위한 단층도.3 is a tomographic view for explaining a site where a defect occurs in a conventional light emitting device.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

2 : 투명 도전막 또는 금속막, 4 : P형 실리콘 웨리퍼, 6 : 알루미늄막, 8 : P형 실리콘 기공층, 10 : N형 실리콘 기공층, 12 : n+-a-Si층2: transparent conductive film or metal film, 4: P-type silicon wafer, 6: aluminum film, 8: P-type silicon pore layer, 10: N-type silicon pore layer, 12: n + -a-Si layer

상술한 구성의 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시예로서 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention having the above-described configuration will be described in detail as a preferred embodiment according to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 관련된 발광소자의 구조를 도시하는 단층도로서, 투명도전막 또는 금속막(2)은 P형 실리콘 웨이퍼(4)의 밑면에 증착 형성된 알루미늄층(6)과 함께 전기적 통로를 개설하고 있고, 상기 P형 실리콘 웨이퍼(4)의 상면에는 P형 실리콘 기공층(8)과 N형 실리콘 기공층(10)이 순차로 적층 형성되어 있으며, 다시 그 위로는 a-Si층(아몰퍼스 실리콘층)에 의한 필름상의 N+-a-Si층(12)이 적층 개재되어서 상기 투명 도전막 또는 금속 증착막(2)사이에 중계자로 존재하는 구성으로 되어 있다.Fig. 1 is a tom diagram showing the structure of a light emitting device according to the present invention, in which a transparent conductive film or a metal film 2 opens an electrical passage together with an aluminum layer 6 formed on the bottom surface of a P-type silicon wafer 4. The P-type silicon pore layer 8 and the N-type silicon pore layer 10 are sequentially stacked on the upper surface of the P-type silicon wafer 4, and then the a-Si layer (amorphous silicon) is formed thereon. Layer), a film-like N + -a-Si layer 12 is laminated and interposed between the transparent conductive film or the metal deposition film 2 as a relay.

상기와 같은 본 발명의 발광소자는 다음과 같은 방법을 통해 제조된다.The light emitting device of the present invention as described above is manufactured through the following method.

도 2에 도시한 바와 같이 P형 실리콘 웨이퍼(4)의 밑면에 알루미늄막(6)을 증착하고,그 반대측 상면의 P형 실리콘층(8)을 N형 도핑하여 N형 실리콘층(10)이 적층 형성된 P-N 접합형 실리콘 웨이퍼를 얻는 공정과, 얻어진 P-N 접합형 실리콘 웨이퍼를 애노다이징하여 상기 P형 실리콘층(8)과 N형 실리콘층(10)이 각각 P형 실리콘 기공층(8)과 N형 실리콘 기공층(10)의 상면으로 a-Si를 PECVD법에 따라 증착하면서 그 과정 중에 인-시츄 도핑법으로 고밀도 도핑하여 필름상의 N+-a-Si층(12)이 적층 형성되게 하는 공정과, 다시 그 위로 투명 도전막 또는 금속막을 증착하여 도 1로 도시한 단층구조의 실리콘 기층을 가진 발광소자를 얻는 공정으로 제조된다.As shown in FIG. 2, an aluminum film 6 is deposited on the bottom surface of the P-type silicon wafer 4, and the N-type doped P-type silicon layer 8 on the opposite side is n-doped. A step of obtaining a laminated PN bonded silicon wafer, and anodizing the obtained PN bonded silicon wafer so that the P-type silicon layer 8 and the N-type silicon layer 10 are each made of a P-type silicon pore layer 8 and While a-Si is deposited on the upper surface of the N-type silicon pore layer 10 by PECVD, in-situ doping is performed in a high density so that the N + -a-Si layer 12 on the film is laminated. And a step of depositing a transparent conductive film or metal film thereon to obtain a light emitting device having a silicon base layer having a single layer structure shown in FIG.

상기 애노다이징 공정은 N확산형 P형 실리콘 웨이퍼를 양극으로 하여 불산(HF)이 함유된 전해액에 침수시키고, 상기 두 전극에 직류 전원을 인가하면서 상기 실리콘 웨이퍼에 텅스텐 램프의 가시광선을 조사하는 방법으로 행한다.In the anodizing process, an N-diffusion type P-type silicon wafer is used as an anode to be immersed in an electrolyte solution containing hydrofluoric acid (HF), and the silicon wafer is irradiated with visible light of a tungsten lamp while applying DC power to the two electrodes. It is done by the method.

이 때 전해액이 함유된 불산이 전리되어 양극에서 발생한 불소가 상기 N확산층과 P형 실리콘 웨이퍼를 이루는 실리콘과 결합하여 분자(SiF4)를 이루게 되며 그 반응식은 다음과 같이 된다.At this time, the hydrofluoric acid containing the electrolyte is ionized and fluorine generated at the anode is combined with silicon forming the N-diffusion layer and the P-type silicon wafer to form a molecule (SiF 4 ). The reaction formula is as follows.

Si + 4HFSiF4+4HSi + 4HF SiF 4 + 4H

이와 같이 생성되는 분자는 양극으로 사용된 실리콘 웨이퍼에 기공을 만들면서 전해액 속으로 용해되어 결과적으로 N확산층에는 N형 실리콘 기공층(10)이, 그리고 상기 N확산층과 P형 실리콘 웨이퍼의 계면에는 P형 실리콘 기공층(8)이 형성되는 것이다.The molecules thus formed are dissolved in the electrolyte while forming pores in the silicon wafer used as the anode, and as a result, an N-type silicon pore layer 10 is formed in the N-diffusion layer, and P is formed at an interface between the N-diffusion layer and the P-type silicon wafer. The type silicon pore layer 8 is formed.

또, N+-a-Si층(12)의 적층 공정에서 실리콘 웨이퍼(4)의 온도는 150~300℃로 유지되어야 하며, 이 조건은 온도가 150℃미만일 때 도핑이 불가능해지고 300℃를 초과하면 기공층이 파괴되기 때문에 준수되어야 한다.In addition, in the lamination process of the N + -a-Si layer 12, the temperature of the silicon wafer 4 should be maintained at 150 to 300 ℃, this condition is impossible to doping when the temperature is less than 150 ℃ and exceeds 300 ℃ The pore layer is then destroyed and must be observed.

상기 인 시츄 도핑법은 박막 트랜지스터의 제조법에서 반도체층과 콘택층을 형성할 때에 적용되는 기법으로서 본 발명에서 행하는 인 시츄 도핑법도 종래의 방법과 큰 차이 없이 행해지는 것이다.The in-situ doping method is a technique applied when forming a semiconductor layer and a contact layer in the method of manufacturing a thin film transistor, and the in-situ doping method performed in the present invention is also performed without any significant difference from the conventional method.

이상 설명한 바와 같이 본 발명을 통해 제공되는 실리콘 기층을 가진 발광소자는 N형 실리콘 기공층과 금속막 또는 투명 도전막 사이로 N+-a-Si층이 개삽되는 것이므로 인터페이스 상태에서 계면 결함이 있더라도 전류 리크가 발생하고 그 결과로 전자의 주사 효율이 일정하게 유지되어 균일한 발광효율을 나타내는 효과를 가지고 있다.As described above, the light emitting device having the silicon substrate provided through the present invention is an N + -a-Si layer is interposed between the N-type silicon pore layer and the metal film or the transparent conductive film, so that even if there is an interface defect in the interface state, the current leaks. As a result, the scanning efficiency of electrons is kept constant, which has the effect of exhibiting uniform luminous efficiency.

Claims (3)

밑면에 알루미늄 증착으로 형성된 전극층을 갖춘 P형 실리콘의 상면으로 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘 기공층이 순차 적층 형성되고, 또 N형 실리콘 기공층의 상면에 필름상의 N+-a-Si층을 증착하고 도전막을 적층 형성하여 상기 N 형 실리콘 기공층 사이로 상기 적층되는 구성으로 된 실리콘 기층을 가진 발광소자.P-type silicon pore layer and N-type silicon pore layer are sequentially formed on the top surface of P-type silicon having an electrode layer formed by aluminum deposition on the bottom, and an N + -a-Si layer on the film is formed on the top surface of the N-type silicon pore layer. The light emitting device having a silicon base layer having a structure in which the vapor deposition and the conductive film is laminated to form the laminated between the N-type silicon pore layer. 밑면에 알루미늄막이 증착된 P형 실리콘 웨이퍼의 한면을 N형으로 도핑시킨 P-N접합 웨이퍼를 애노다이징하여 P형 실리콘 기공층과 N형 실리콘 기공층이 순차 적층 형성되게 하는 공정과, 상기 N형 실리콘 기공층의 상면으로 a-Si를 PECVD법으로 증착하면서 그 과정에서 인-시츄(IN-SITU) 도핑법에 따라 고밀도 도핑하여 필름상의 N+-a-Si층이 적층 형성되게 하는 공정과, 다시 그 위로 투명 도전막 또는 금속막을 증착하는 공정으로 행해지는 실리콘 기층을 가진 발광소자의 제조방법.Anodizing a PN bonded wafer in which one surface of an P-type silicon wafer having an aluminum film deposited on its bottom surface is doped with an N-type to sequentially form a P-type silicon pore layer and an N-type silicon pore layer, and the N-type silicon While depositing a-Si on the top surface of the pore layer by PECVD, in the process, high density doping is performed according to the IN-SITU doping method so that the N + -a-Si layer on the film is laminated. A method of manufacturing a light emitting device having a silicon base layer which is carried out by depositing a transparent conductive film or a metal film thereon. 제2항에 있어서, 상기 a-Si를 PECVD법으로 증착할 때에 기판 온도를 150~300℃범위로 조절하여 행함을 특징으로 하는 실리콘 기층을 가진 발광소자의 제조방법.The method of manufacturing a light emitting device having a silicon base layer according to claim 2, wherein the deposition of the a-Si by PECVD is performed by controlling a substrate temperature in a range of 150 to 300 ° C.
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