KR19990051970A - Infrared Emitting Layer Formation Method of Silicon Light Emitting Device - Google Patents
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본 발명은 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 실리콘 산화막 내부에 실리콘 점결함을 적정량으로 과잉 발생시키고 열처리에 의해 이들 결함과 실리콘원자들이 결합하도록 하여 일정량의 극미세 결정립층이 형성되게 함으로써, 상기 극미세 결정립층의 발생량 조정으로 적외선 영역에서의 원하는 발광특성이 얻어지는 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법을 제공하고자 하는데 있다.The present invention relates to a method for forming an infrared light emitting layer of a silicon light emitting device, the object of which is to generate an excessive amount of silicon defects in the silicon oxide film in an appropriate amount and to bond these defects and silicon atoms by heat treatment to a certain amount of ultrafine grain layer The present invention provides a method for forming an infrared light emitting layer of a silicon light emitting device in which desired light emission characteristics in the infrared region are obtained by adjusting the amount of generation of the ultrafine grain layer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 발광소자에 발광층을 형성하는 방법에 있어서, 실리콘 기판에 실리콘 산화막을 형성하는 단계; 도우즈 량을 3×1017/cm2이상으로 제어하여 산화막 내부에 실리콘 이온을 이온주입하는 단계; 및 상기 이온주입에 의해 얻어진 점결함과 실리콘 원자들이 결합하여 산화막 내부에 극미세 실리콘 결정립을 형성하도록 열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법에 관한 것을 그 요지로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a light emitting layer on a silicon light emitting device, the method comprising: forming a silicon oxide film on a silicon substrate; Controlling the amount of dose to 3 × 10 17 / cm 2 or more to implant silicon ions into the oxide film; The present invention relates to a method for forming an infrared light emitting layer of a silicon light emitting device, comprising the step of performing heat treatment to bond the point defects obtained by the ion implantation and silicon atoms to form ultrafine silicon crystal grains in an oxide film.
Description
본 발명은 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적외선 영역의 발광특성을 갖는 실리콘 발광소자의 발광층 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an infrared light emitting layer of a silicon light emitting device, and more particularly to a method for forming a light emitting layer of a silicon light emitting device having a light emitting characteristic of the infrared region.
최근 반도체 공정을 이용하여 광소자를 제작하는 연구가 계속되고 있으나, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판과 양자 우물구조 등의 정교한 결정질 반도체 초박막 성장기술이 요구되고 저온공정이 필요로 되는 등의 많은 문제점을 가지고 있다. 그리고, 다공질 실리콘을 이용하여 적색발광 등의 연구가 행해지고 있으나 다공질 실리콘의 제작은 화학적 에칭법을 사용하므로 재현성과 발광되는 빛의 안정성에 문제점을 가지고 있다.Recently, research into fabricating an optical device using a semiconductor process has been continued, but there are many problems such as the need for sophisticated crystalline semiconductor ultra thin film growth technology such as a III-V semiconductor substrate and a quantum well structure and a low temperature process. . Further, research on red light emission and the like has been conducted using porous silicon, but the production of porous silicon has a problem in reproducibility and stability of light emitted due to the use of a chemical etching method.
그러므로 안정성있는 발광특성, 기계적 강도, 재현성 있는 제작 등을 고려하여 실리카나 산화막에 극미세 결정립을 제작하여 발광특성을 얻고자 하는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 이러한 방법의 경우 여러 피크가 검출(Appl. Phys. Lett, 65(14), 3, 1994, 1814)되거나, 완만한 피크가 검출(J, Phys, :Condens, Matter 5(1993) L375-L380)되며 미미한 적색광이 검출된 바 있으나, 원하는 영역의 강한 적외선을 얻기 위한 방법은 알려져 있지 않다.Therefore, in consideration of stable light emission characteristics, mechanical strength, and reproducible production, efforts have been made to obtain light emission characteristics by fabricating ultrafine grains in silica or oxide films. However, for these methods, multiple peaks are detected (Appl. Phys. Lett, 65 (14), 3, 1994, 1814), or gentle peaks are detected (J, Phys.:Condens, Matter 5 (1993) L375- L380) and slight red light has been detected, but a method for obtaining strong infrared rays in a desired area is not known.
이에 본 발명자들은 원하는 영역에서 강한 적외선을 발하는 발광소자를 얻기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 실리콘 산화막 내부에 실리콘 점결함을 적정량으로 과잉 발생시키고 열처리에 의해 이들 결함과 실리콘원자들이 결합하도록 하여 일정량의 극미세 결정립층이 형성되게 함으로써, 상기 극미세 결정립층의 발생량 조정으로 적외선 영역에서의 원하는 발광특성이 얻어지는 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.Accordingly, the present inventors have repeatedly studied and experimented to obtain a light emitting device emitting strong infrared rays in a desired area, and based on the results, the present invention proposes an excessive amount of silicon defects in a silicon oxide film. And forming a predetermined amount of ultrafine grain layers by combining these defects with silicon atoms by heat treatment, thereby adjusting the amount of generation of the ultrafine grain layers to obtain desired light emission characteristics in the infrared region. It is intended to provide a purpose.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명에 의한 발광층 형성방법을 실시하기 위한 공정의 일예를 단계적으로 나타내는 모식도이다.1 (a) to 1 (c) are schematic diagrams showing an example of a step by step for carrying out the light emitting layer forming method according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 발광층 형성방법으로 실리콘 산화막에 실리콘 이온을 주입하여 열처리 하였을 때의 발광(PL:photoluminescence) 특성곡선이다.FIG. 2 is a light emission characteristic curve of the light emitting layer formed by heat treatment by injecting silicon ions into the silicon oxide film.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 ..... 실리콘 기판 2 ..... 실리콘 산화막1 ..... Silicon Substrate 2 ..... Silicon Oxide
3 ..... 실리콘 이온 4 ..... 실리콘 이온주입에 의한 점결함3 ..... Silicon ions 4 ..... Point defects due to silicon ion implantation
5 ..... 열처리에 의해 형성된 극미세 실리콘 결정립5 ..... Ultrafine Silicon Grain Formed by Heat Treatment
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 발광소자에 발광층을 형성하는 방법에 있어서, 실리콘 기판에 실리콘 산화막을 형성하는 단계; 도우즈 량을 3×1017/cm2이상으로 제어하여 산화막 내부에 실리콘 이온을 이온주입하는 단계; 및 상기 이온주입에 의해 얻어진 점결함과 실리콘 원자들이 결합하여 산화막 내부에 극미세 실리콘 결정립을 형성하도록 열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 실리콘 발광소자의 적외선 발광층 형성방법에 관한 것이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a light emitting layer on a silicon light emitting device, the method comprising: forming a silicon oxide film on a silicon substrate; Controlling the amount of dose to 3 × 10 17 / cm 2 or more to implant silicon ions into the oxide film; And a heat treatment to bond the point defects obtained by the ion implantation and the silicon atoms to form ultrafine silicon crystal grains in the oxide film.
이하, 본 발명에 의한 실리콘 발광소자의 적외선발광층 형성방법을 수행하기 위한 방법을 도 1을 참고로 하여 설명한다.Hereinafter, a method for performing an infrared light emitting layer forming method of a silicon light emitting device according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명에 의한 실리콘 발광소자용 발광층 형성방법을 실시하기 위한 공정의 일예를 단계적으로 나타내는 모식도이다.1 (a) to 1 (c) are schematic diagrams showing an example of a step by step for carrying out the method for forming a light emitting layer for a silicon light emitting device according to the present invention.
본 발명에 의한 실리콘 발광소자용 발광층 형성방법은 실리콘 기판(1)에 실리콘 산화막(2)을 형성하는 단계와, 상기 산화막(2) 내부에 점결함(4)을 과잉 발생시키기 위하여 실리콘 이온(3)을 이온주입하는 단계와, 상기 점결함(4)과 실리콘 원자들이 결합하여 산화막(2) 내부에 극미세 실리콘 결정립(5)을 형성시키는 열처리 단계를 포함하여 구성된다.The method for forming a light emitting layer for a silicon light emitting device according to the present invention comprises the steps of forming a silicon oxide film (2) on the silicon substrate (1), and in order to excessively generate a point defect (4) inside the oxide film (2) Ion implantation, and a heat treatment step in which the point defect 4 and the silicon atoms combine to form the ultrafine silicon crystal grains 5 in the oxide film 2.
상기 산화막의 형성은 특별히 한정하지는 않으며, 습식 산화법과 같은 방법을 적용할 수 있고, 주입되는 이온은 과잉 점결함 발생이 가능한 모든 이온이 가능하다. 상기 두 번째 단계의 실리콘 이온주입량은 3×1017/cm2이상의 도우즈(dose)량에서 강한 적외선광을 얻을 수 있으며, 상기 세 번째 단계의 열처리는 통상의 전기로 가열법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 열처리는 12시간 이상 열처리를 수행하는 것이 효과적이다.The formation of the oxide film is not particularly limited, and a method such as a wet oxidation method can be applied, and the ions to be implanted can be any ions capable of generating excessive point defects. Silicon ion implantation of the second step can be obtained a strong infrared light at a dose of 3 × 10 17 / cm 2 or more, the heat treatment of the third step can use a conventional electric furnace heating method. In addition, the heat treatment is effective to perform the heat treatment for more than 12 hours.
즉, 본 발명에 따라 적외선광을 얻기 위한 실리콘 발광소자용 발광층 형성을 위한 방법으로는, 우선, 도 1a에 나타난 바와같이, 실리콘 기판(1)에 통상의 방법으로 SiO2에 의한 산화막(2)을 형성한다.That is, as a method for forming a light emitting layer for a silicon light emitting element for obtaining infrared light according to the present invention, first, as shown in Fig. 1A, an oxide film 2 by SiO 2 in a conventional method on the silicon substrate 1 To form.
다음에, 도 1b에 나타난 바와같이, 상기의 산화막에 Si 이온(3)을 사용하여 점결함(4)을 산화막내부에 과잉발생시키고, 다음에 도 1c에서와 같이 질소 분위기하에서 열처리를 통하면 실리콘 산화막 내부의 점결함과 이온주입된 실리콘 원자들이 상호 흡수 성장하여 극미세 실리콘 단결정상의 결정립층(5)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 1B, the silicon oxide film is formed by excessively generating a point defect 4 in the oxide film by using Si ions 3 in the oxide film, and then heat treatment in a nitrogen atmosphere as shown in FIG. 1C. Internal point defects and ion implanted silicon atoms are mutually absorbed and grown to form a crystal grain layer 5 of ultrafine silicon single crystal phase.
도 1에서는 p 형 실리콘 기판을 사용하고, 그리고 불순물로서는 붕소(B)를 사용하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.Although a p-type silicon substrate is used in FIG. 1 and boron (B) is used as an impurity, the present invention is not limited thereto.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예Example
p형(100) 방향이고 저항률이 7-15Ω㎝인 실리콘 기판에 SiO2산화막을 형성한 후, 상기 산화막에 가속전압 200KeV에서 도우즈량 5 × 1016/cm2, 1 × 1017/cm2, 3×1017/cm2으로 실리콘 이온을 임프란테이션(ion implantation)법으로 주입하였다. 이때 산화막 내부에 과잉 점결함들이 생성된다.After a SiO 2 oxide film was formed on a silicon substrate having a p-type (100) direction and a resistivity of 7-15 μm cm, the dose amount was 5 × 10 16 / cm 2 , 1 × 10 17 / cm 2 , at an acceleration voltage of 200 KeV on the oxide film. Silicon ions were implanted at 3 × 10 17 / cm 2 by ion implantation. At this time, excess point defects are generated in the oxide film.
이온 주입이 끝난 시료는 통상의 열처리 방법에 의해 열처리를 함으로써 산화막 내부에 과잉 점결함들이 서로 흡수 성장하여서 극미세 결정립이 형성되어서 이들이 발광원으로 작용하게 된다.After the ion implantation, the sample is heat-treated by a conventional heat treatment method, so that excess point defects are absorbed and grown in the oxide film to form ultra-fine grains, which act as a light emitting source.
도 2는 5 × 1016/cm2의 도우즈(dose)로 이온주입한 후, 1100℃ 에서 12시간 질소분위기에서 열처리한 시료의 발광(PL : photoluminescence)특성곡선을 나타낸다. 열처리 시간에 관계없이 적색발광 영역인 7400Å 에서 발광 피크가 관찰되며, 도우즈 량이 증가하여 1×1017/cm2가 되는 경우 적색 발광 영역인 7400Å과 적외선 영역의 8500Å에서 발광 피크가 혼재 되어 관찰되었다. 다시 도우즈 량이 좀더 증가하여 3×1017/cm2이 되면 8200Å정도의 적외선 영역에서 피크가 나타나며 적색 영역의 피크는 상대적으로 감소하였다. 이는 주입되는 도우즈 량에 의해 발광하는 파장이 바뀌며, 적외선을 얻기위해서는 주입되는 도우즈 량이 3×1017/cm2이상으로 산화막에 실리콘 이온이 주입될 때 원하는 적외선 파장의 빛을 얻을 수 있음을 의미한다.FIG. 2 shows a photoluminescence (PL) characteristic curve of a sample subjected to ion implantation with a dose of 5 × 10 16 / cm 2 and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 1100 ° C. for 12 hours. Irrespective of the heat treatment time, the emission peak was observed in the red emission region of 7400 Hz, and when the dose was increased to 1 × 10 17 / cm 2 , the emission peak was observed in the red emission region of 7400 Hz and the infrared region of 8500 Hz. . Again, when the dose increased further to 3 × 10 17 / cm 2 , the peak appeared in the infrared region around 8200 며 and the peak in the red region decreased relatively. This means that the wavelength of light emitted is changed by the amount of dose injected, and in order to obtain infrared rays, light of a desired infrared wavelength can be obtained when silicon ions are injected into the oxide film at an amount of 3 × 10 17 / cm 2 or more. it means.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 실리콘 산화막 내부에 실리콘 점결함을 과잉 발생시키고 열처리에 의해 이들 점결함과 실리콘 원자들이 결합하여서 극미세 결정립층이 형성되도록 함으로써, 적외선 발광특성을 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, the infrared light emission characteristics can be obtained by excessively generating silicon defects in the silicon oxide film and by bonding these defects and silicon atoms by heat treatment to form an ultrafine grain layer.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100430615B1 (en) * | 1999-04-27 | 2004-05-10 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | Epitaxial wafer for infrared light emitting device |
WO2007066854A1 (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Silicon-based light emitting diode for enhancing light extraction efficiency and method of fabricating the same |
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1997
- 1997-12-20 KR KR1019970071411A patent/KR19990051970A/en not_active Application Discontinuation
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