KR20030065009A - 광소자용 박막, 이를 이용한 광방출구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

광소자용 박막, 이를 이용한 광방출구조체 및 그 제조방법에 대해 개시한다. 본 발명은, 나노결정 규소와 희토류 원소가 실리카 또는 실리카 계열 박막에 동시에 도핑되되, 상기 규소 나노결정들의 평균 크기가 3㎚ 이하; 상기 희토류 원소의 농도가 0.1 at. % 이하; 상기 희토류 원소 농도와 규소 나노결정 농도의 비율이 10에서 1 이내로 제어되어 상기 규소 나노결정에서의 전공결합을 매개로 하여 상기 희토류 원소를 여기시켜 광방출을 행하는 광소자용 박막을 제공한다. 본 발명에 의하면, 규소 나노결정의 크기, 이의 농도, 그리고 희토류 원소들의 농도와 비가 섬세하게 최적화되어 우수한 성능의 광소자를 만들 수 있다.

Description

광소자용 박막, 이를 이용한 광방출구조체 및 그 제조방법 {Thin film for optical applications, light-emitting structure using the same and the fabrication method thereof}

본 발명은 실리카 및 실리카 계열 박막 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 실리카 및 실리카 계열 박막에 희토류 원소와 규소 나노결정을 동시에 도핑함으로써 희토류 원소의 여기효율을 현존하는 기술보다 훨씬 더 높은 값으로 향상시킬 수 있어서 광소자에 유용하게 응용될 수 있는 실리카 및 실리카 계열 박막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재 희토류 원소가 도핑된 실리카 및 실리카 계열 박막은 도파로 증폭기(waveguide amplifier)의 제작에 가장 널리 쓰이고 있는 물질이다. 그러나 이들은 근본적으로 희토류 원소가 도핑된 실리카 및 실리카 계열 광섬유들과 근본적으로 비슷하다. 희토류 원소의 여기 단면적(excitation cross-section)의 값은 4x10^-21cm²정도로 극히 작기 때문에, 희토류 원소를 여기시키기 위한 고가의 레이저나 신호광과 펌핑광을 구분하는 WDM 등의 구조가 필요하다. 이는 광섬유를 기본으로 하는 광 증폭기들과 차이가 없으며, 결과적으로 광섬유를 기본으로 하는 광증폭기들과 비교할 때 가격경쟁 및 성능, 발전가능성에서 상대적인 장점이 미미하다고 할 수 있다.

그러나 실리카 대신 반도체 박막에 희토류 원소를 도핑할 경우 희토류 원소의 여기효율을 극히 증가시킬 수 있다. 그 이유는 반도체 박막에서는 캐리어-재결합(carrier-recombination)이 희토류 원소들을 여기시키기 때문이다. 이 과정을 개요적으로 나타내면 다음과 같다.

도 1은 전공결합을 매개로 한 희토류 원소의 여기 및 역여기 과정의 개요도이다. 도 1에서 여기 과정은 실선 화살표로, 역여기 과정은 점선 화살표로 각각 나타내었다.

도 1을 참조하면, 반도체 물질에 희토류 원소를 도핑하고 빛을 쬐어 줄 경우 생성되는 캐리어(carrier)들은 희토류 원소와 관련되어 있는 트랩 스테이트(trap state)에 포획되어 전공쌍(electron-hole pair)를 형성한다. 이 전공쌍이 재결합될 경우 생성되는 에너지는 오제 여기(Auger excitation)를 통하여 희토류 원소를 여기 시킬 수 있다. 이러할 경우 캐리어를 생성하기 위해 쓰이는 광원은 반도체에 흡수되는 빛을 내는 어떠한 광원이라도 가능하기 때문에 통상적인 희토류 원소들의 여기와는 달리 고가의 레이저가 불필요하다. 또한 이러한 여기 과정의 유효 여기 단면적(effective excitation cross section)은 3x10^-15cm²로 광흡수의 단면적인 8x10^-21cm²보다 백만 배 가까이 더 커서 훨씬 더 고 효율적인 여기를 기대할 수 있다.

그러나 모든 물리현상을 거꾸로 갈 수 있기 때문에 이러한 여기 현상을 거꾸로 하는 역여기 현상도 가능하다. 즉, 여기된 희토류 원소가 빛을 내는 대신 다시전공쌍을 형성하는 "백트랜스퍼(Backtransfer)," 여기된 희토류 원소가 빛을 내는 대신 생성된 캐리어를 여기시키는 "불순물-오제(Impurity-Auger)", 그리고 생성된 전공쌍이 희토류 원소를 여기시키는 대신 생성된 캐리어를 여기시키는 "엑시톤-오제(exciton-Auger)" 현상이 가능하며, 이 때문에 통상적인 반도체를 희토류 도핑할 경우 발광효율은 극히 작은 값을 가진다.

이렇듯 실리카 계열 박막에서 희토류 원소는 높은 발광 효율을 가지나 여기효율이 극히 적고, 반도체 계열 박막에서는 여기효율을 높으나 발광효율은 극히 적다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 실리카/실리카 계열 박막에 규소 나노결정을 희토류 원소와 함께 도핑하는 방법이 제안되어 수 년 전부터 연구가 되어오고 있다. 이러한 경우 희토류 원소는 실리카 박막에 있어 높은 발광 효율을 가지면서도 규소 나노결정과 수 ㎚ 정도만 떨어져 있기 때문에 규소 나노결정에서의 전공결합을 매개로 한 고 효율의 여기가 가능하다. 이러한 구조를 개요적으로 나타내면 도 2와 같다. 도 2를 참조하면, 실리카 계열박막(200) 내에 규소 나노결정(210)과 희토류 원소(220)가 공동으로 도핑되어 분포함을 알 수 있다. 그러나 이는 어디까지나 개념적인 제안일 뿐, 아직까지 실지로 응용되지는 못하고 있는데, 이는 실지로 응용될 수 있기에는 규소 나노결정의 크기, 이의 농도, 그리고 희토류 원소들의 농도들과의 섬세한 최적화가 아직 이루어지지 않았기 때문이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로써 실질적인 응용을 가능케 하는 규소 나노결정의 크기, 이의 농도, 그리고 희토류 원소들의 농도를 가진 광소자용 박막 및 이를 이용한 광방출구조체를 제안하고 이를 제조할 수 있는 방법을 제시하는데 그 기술적 과제가 있다.

도 1은 전공결합을 매개로 한 희토류 원소의 여기 및 역여기 과정의 개요도;

도 2는 규소 나노결정과 희토류 원소가 동시에 도핑된 된 실리카 및 실리카 계열 박막의 개요도;

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광소자용 실리카 박막 구조체의 상온에서의 포토루미네슨스 스펙트럼;

도 4는 도 3에 도시된 박막을 사용하여 제작된 도파로의 전자현미경 사진;

도 5 는 도 4의 도파로를 이용하여 외부 신호를 증폭시키는 예들을 보여주는 그래프;

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 어븀과 툴륨, 그리고 규소나노결정을 동시에 도핑한 광소자용 실리카 박막의 포토루미네슨스 스펙트럼을 나타낸 그래프;

도 7a는 본 발명의 제3 실시예에 따라 2개 이상의 희토류 원소를 분리 도핑한 광소자용 박막구조의 개략적 단면도; 및

도 7b는 도 7a의 구조에서 희토류 도핑된 층 사이에 비도핑된 층을 첨가한광소자용 박막구조의 개략적 단면도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 광소자용 박막은:

나노결정 규소와 희토류 원소가 실리카 또는 실리카 계열 박막에 동시에 도핑되되,

상기 규소 나노결정들의 평균 크기가 3㎚ 이하;

상기 희토류 원소의 농도가 0.1 at. % 이하;

상기 희토류 원소 농도와 규소 나노결정 농도의 비율이 10에서 1 이내로 제어되어;

상기 규소 나노결정에서의 전공결합을 매개로 하여 상기 희토류 원소를 여기시켜 광방출을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 박막에 불순물을 도핑하되, 상기 박막의 굴절률이 공간적으로 불균일하도록 도핑할 수 있다.

또한, 상기 희토류 원소의 농도가 상기 박막 내에서 불균일하도록 상기 희토류 원소를 도핑할 수도 있다.

또한, 상기 희토류 원소의 농도를 광모드와 정합되도록 조절할 수도 있다.

희토류 원소의 도핑에 관해서는, 상기 도핑되는 희토류 원소의 종류를 적어도 둘 이상으로 하여도 좋으며, 이 경우, 희토류 원소를 종류별로 교번하여 각각의 층에 격리시켜 도핑하고 이를 반복형성할 수도 있는데, 이 때, 각각의 층의 두께는 10㎚ 이하로 제어되는 것이 바람직하다.

한편, 희토류 원소의 도핑에 관해서는, 다른 희토류 원소들끼리의 상호작용을 방지하기 위해 각각의 희토류 원소가 도핑된 층 사이에 비도핑된 실리카 또는 실리카 계열 층을 형성하여도 좋으며, 이 때, 비도핑된 실리카 또는 실리카 계열 층의 두께가 10㎚ 이하로 제어되는 것이 바람직하다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 광방출구조체는:

산화된 실리콘 기판, 실리카 기판 및 실리카 계열 기판로 구성된 기판군으로부터 선택된 어느 하나와;

상기 기판 상에 광을 방출시키도록 상기와 같은 구조를 갖게 형성된 광소자용 박막과;

상기 광소자용 박막 상에 형성된 실리카 또는 실리카 계열 상부 클래딩층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광소자용 박막 및 광방출구조체에 사용되는 광소자용 박막을 제조하는 방법은:

증착압력이 1×10^-3Torr 이하의 저압에서, 밀도가 10¹⁰내지 10¹³이온/㎝³인 고밀도 플라즈마 CVD방법을 이용하여 광소자용 박막을 증착하는 단계와;

상기 증착된 광소자용 박막을 1100℃를 초과하지 않는 온도에서 열처리하는단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 열처리단계가 900℃ 내지 1100℃ 사이의 온도에서 5분 이상 진행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 광소자용 박막 및 광방출구조체에 사용되는 광소자용 박막을 제조하는 다른 방법은:

규소 나노결정을 미리 생성하는 단계와;

상기 규소 나노결정을 희토류 도핑된 실리카 또는 실리카 계열 졸-겔에 희석시키는 단계와;

상기 희석된 결과물을 건조 및 열처리하는 단계;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광소자용 박막 및 광방출구조체에 사용되는 광소자용 박막을 제조하는 또 다른 방법은:

규소 나노결정을 미리 생성하는 단계와;

상기 규소 나노결정에 희토류 원소를 도핑하는 단계와;

상기 도핑된 결과물을 실리카 또는 실리카 계열 졸-겔에 희석하는 단계와;

상기 희석된 결과물을 건조 및 열처리하는 단계;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 희토류 원소와 규소 나조결정을 동시에 도핑할 경우 희토류 원소의 광학적 활성도를 살리면서 규소 나노결정을 생성하는 것이 중요하다. 그러므로 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서 희토류 원소가 도핑되어 있는 상황에서열처리 온도를 1100℃를 초과하지 않도록 제어하는데 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 실리카 계열 박막에서의 희토류 원소의 높은 발광 효율과 반도체 박막에서의 희토류 원소의 높은 여기 단면적(excitation cross section)을 동시에 가지면서 전체적인 희토류 원소들의 광방출 효율을 극대화 하여 실지로 응용에 가능한 새로운 박막구조를 구현할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 실시예의 설명에 있어서, 본 발명의 소자구조와 그 제조방법을 함께 설명한다.

[제1 실시예]

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광소자용 실리카 박막의 상온에서의 포토루미네슨스 스펙트럼(photoluminescence spectrum)이다. 이 박막은 35 at. % 의 규소, 65 at. % 의 산소와 0.04 at. % 의 어븀의 구성을 가지도록 증착되었고, 1000℃에서 5분간 열처리되었다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 600∼800㎚ 사이에 700㎚ 근처에 피크(peak)를 가진 규소 나노결정에 의한 루미네슨스(luminescence)가 있음을 알 수 있다. 규소 나노결정의 루미네슨스 피크 위치와 규소 나노결정의 크기를 연관시킨 연구결과는 이미 종래에 발표된 바 있는데, 이를 이용하면 박막의 규소 나노결정의 평균 크기를 계산하면 2㎚로 예측된다. 이를 이 박막의 구성에 도입하면 규소 나노결정의 농도는 7x10¹⁸cm^-3이며, 도핑된 어븀 농도와의 비는 3이 된다. 즉, 도 3에 쓰여진 박막은 본 발명의 조건에 맞게 제작된 박막이다.

본 실시예에서는 규소나노결정의 평균 크기가 2㎚, 희토류 원소의 농도가 0.04 at. %, 규소 나노결정의 농도와 도핑된 어븀 농도와의 비가 3이었으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 광소자용 박막에서 규소 나노결정의 평균 크기는 3 nm 이하, 희토류 원소의 농도는 0.1 at. % 미만, 그리고 희토류 농도 와 규노 나노결정의 비율을 10 과 1 사이에서 제어하면 된다.

규소 나노결정의 크기, 이의 농도, 그리고 희토류 원소들의 농도와 비를 위와 같이 정해진 범위 내에서 선택해야 하는 물리적 이유는 다음과 같다.

첫째, 백트랜스퍼를 억제하기 위해서는 규소 나노결정의 밴드갭이 충분히 커서 트랩 스테이트의 에너지 값이 희토류 원소들의 전이 에너지(transition energy)보다 커져야 한다. 어븀의 전이 에너지가 0.8eV, Nd 의 전이 에너지가 1.36eV이고, 상온의 에너지 값이 0.03eV 인 것을 감안하면 밴드갭의 크기는 최소한 1.6eV 정도가 되어야 한다는 것을 알 수 있다. 이러한 정도의 밴드갭을 얻기 위해서는 3㎚ 이하의 규소 나노결정이 필요하다.

둘째, 본 발명자의 연구 결과에 따르면 규소 나노결정이 희토류 원소를 여기시킬 수 있는 거리는 2㎚ 이하이다. 그렇다면 위의 3㎚ 이하의 크기를 가진 규소 나노결정에서 2㎚ 이하의 거리에 희토류 원소가 도핑되어야 하며, 이는 (5㎚)³의 부피에 희토류 원소가 하나가 존재한다는 것, 즉 1x10¹⁹cm^-3의 희토류 농도가 필요하다는 결론이 나오며, 이를 실리카 박막의 밀도와 비교하면 0.1 at. % 의 상대적 농도가 필요함을 알 수 있다.

셋째, 규소 나노결정과 희토류 원소와의 강한 상호작용은 하나의 규소 나노결정이 많은 희토류 원소를 여기시키는 것을 불가능하게 한다고 보고되어 있다. 그러므로 효율적인 여기를 위해서는 희토류 원소의 수를 규소 나노결정으로 여기시킬 수 있을 정도로 조절해야 한다. 이에 대한 자세한 값을 아직 보고된 바 없으나, 규소 나노결정의 여기율(excitation rate)이 10∼100㎲ 정도라는 보고와, 희토류 원소들의 루미네슨스 감쇠율(decay rate)이 1㎳ 정도라는 결과를 비교하면 희토류 농도와 규소 나노결정 농도의 비율이 10을 넘지 않으리라는 것을 알 수 있다.

도 3에서 또 볼수 있는 것은 1.5㎛ 근처에서 나타나는 어븀의 루미네슨스 피크이다. 이 루미네슨스의 라이프타임(lifetime)은 인셋(inset)에서 볼 수 있듯이 8 msec 이상인데, 이러한 긴 루미네슨스 라이프타임(luminescence lifetime)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광소자용 실리카 박막 구조체가 광증폭에 유용하게 적용될 수 있음을 보여준다.

도 4는 도 3에 도시된 박막을 사용하여 제작된 도파로의 전자현미경 사진이다. 도 4 내에서 a)는 도파로의 측벽을 확대 촬영한 사진이고, b)는 이 도파로를 통과한 적외선 신호의 카메라 이미지이다. 도 4를 참조하면, 이 도파로는 완만한 측벽을 가진 단일모드 도파로임을 알 수 있다.

도 5 는 도 4의 도파로를 이용하여 외부 신호를 증폭시키는 예들을 보여주는 그래프이다. 그래프에 나타난 곡선들은 외부에서 광신호를 도파로에 입사시키면서 도파로에 펌핑 빔을 쬐어 주고, 이 때 도파로를 통과하여 나온 신호를 측정한 스펙트럼들이다. 도 5를 참조하면, 펌프 파워가 0.5 W/cm²이 초과하면서부터 광신호가 증폭됨을 알 수 있다.

이러한 규소 나노결정과 희토류 원소가 동시에 도핑된 실리카 및 실리카 계열 박막을 제조하는데 있어 중요한 문제는 희토류 원소의 광학적 활성도(optical activity)를 살리면서 규소 나노결정을 생성하는 것이다. 이를 위해서는 희토류 원소가 도핑되는 과정에서 열처리 온도가 1100℃를 초과하지 않아야 한다.

이를 위해서는

1) 실리카 기판 위에 희토류 원소가 0.1 at. % 미만의 도핑된 다규소 실리카 박막을 증착하고, 이를 1100℃ 미만에서 열처리하여 규소 나노결정을 침전시키는 방법과;

2) 미리 규소 나노결정을 제작하고, 이를 희토류 도핑된 졸-겔(sol-gel) 실리카 전구체(precursor)에 희석하여 박막을 제작하는 방법; 및

2) 미리 규소 나노결정을 제작하고, 이에 희토류를 도핑한 후, 이들을 졸-겔 실리카 전구체에 희석하여 박막을 제작하는 방법이 있다.

이 중 제1 방법의 경우에 어떤 증착 방법도 사용될 수 있으나 바람직하게는 저압, 고밀도 플라즈마를 이용한 PECVD방법을 사용한다. 이 때의 압력은 증착압력이 1×10^-3Torr 이하, 플라즈마 밀도는 밀도가 10¹⁰내지 10¹³이온/㎝³인 것이 바람직하다. 이는 이러한 플라스마를 통하여 초기에 증착되는 다규소 실리카 박막에 이미 규소 나노결정의 전구체를 생성함으로써 1100℃ 미만에서도 3㎚ 이하의 크기를가지는 규소 나노결정을 원활히 생성할 수 있기 때문이다.

[제2 실시예]

이러한 규소 나노결정과 희토류 원소가 동시에 도핑된 실리카 및 실리카 계열의 박막에서는 희토류 원소의 여기가 규소 나노결정의 전공 재결합을 매개로 일어나기 때문에 희토류 원소의 흡수대(absorption band)와 무관하게 여기가 일어난다. 그러므로 실시예 2에 따라 하나의 박막에 여러 가지의 희토류 원소를 도핑할 경우 한 개의 펌프 광원을 가지고 여러 파장대역에서의 발광을 얻을 수 있다. 도 6은 이와 같이 어븀(Er)과 툴륨(Tm)을 동시에 도핑한 박막의 PL(photoluminescence) 스펙트럼들을 보여준다. 이 때, 펌프 광원으로 488㎚ 파장을 가진 것 하나만을 사용하였다. 도 6에서, 실선은 어븀과 툴륨을 동시에 도핑한 경우, 긴 점선은 어븀만을 고농도로 도핑한 경우, 짧은 점선은 어븀만을 저농도로 도핑한 경우, 원형은 툴륨만을 고농도로 도핑한 경우, 사각형은 툴륨만을 저농도로 도핑한 경우를 각각 나타낸다. 도 6을 참조하면, 펌프 광원이 하나뿐이었음에도 불구하고 어븀과 툴륨의 두 희토류 원소들에서의 동시 발광으로 인해 어븀이나 툴륨 하나만 도핑한 것보다 더 넓은 영역에서 발광을 나타냄을 볼 수 있다.

[제3 실시예]

제2 실시예의 경우, 각기 다른 희토류 원소들의 선택에 따라 이들 사이의 상호작용으로 인하여 전체적인 발광 효율이 떨어질 가능성도 있을 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 한 박막에 여러 가지 종류의 희토류 원소들을 도핑할 경우, 도 7a에 도시한 바와 같이, 박막을 여러 층으로 분산하고 이 하나의 층에 한 종류의 희토류를 도핑하여 희토류 원소들을 격리시킬 수 있다. 또한 이러한 격리를 더욱 더 완벽하게 하기 위하여, 도 7b에 도시한 바와 같이, 다른 희토류 원소들끼리의 상호작용을 방지하기 위해 각각의 층 사이에 비도핑된 실리카층을 삽입, 형성할 수 있다. 이러한 경우 박막의 전체적인 균일도를 위하여 각 층의 두께는 10㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 도 7a 와 7b 는 이러한 박막 구조를 도식적으로 보여주는 단면도이다. 물론, 필요에 따라 2개 이상의 희토류 원소를 도핑하는 경우도 제3 실시예에 당연히 포함된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따르면, 도핑된 규소 나노결정을 같이 도핑된 희토류 원소 여기의 매개로 이용하여 실리카의 높은 발광 효율과 반도체의 높은 여기 효율을 동시에 획득하게 하고, 특히 전체 박막의 발광 효율을 실용에 가능할 정도의 수준으로 유지함에 따라 광소자 응용에서 고가의 펌프 레이저의 사용을 불필요하게 한다. 이는 광소자의 단가를 크게 낮출 뿐 아니라 광소자들끼리의 집적 역시 가능하게 하여 광소자의 개발에 혁신적 변화를 가져올 수 있다.

Claims (14)

1. 나노결정 규소와 희토류 원소가 실리카 또는 실리카 계열 박막에 동시에 도핑되되,

   상기 규소 나노결정들의 평균 크기가 3㎚ 이하;

   상기 희토류 원소의 농도가 0.1 at. % 이하;

   상기 희토류 원소 농도와 규소 나노결정 농도의 비율이 10에서 1 이내로 제어되어;

   상기 규소 나노결정에서의 전공결합을 매개로 하여 상기 희토류 원소를 여기시켜 광방출을 행하는 광소자용 박막.
2. 제1항에 있어서, 상기 박막에 불순물을 도핑하되, 상기 박막의 굴절률이 공간적으로 불균일하도록 도핑한 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
3. 제1항에 있어서, 상기 희토류 원소의 농도가 상기 박막 내에서 불균일하도록 상기 희토류 원소를 도핑한 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
4. 제3항에 있어서, 상기 희토류 원소의 농도를 광모드와 정합되도록 조절한 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑되는 희토류 원소의 종류가 적어도 둘 이상인 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
6. 제5항에 있어서, 상기 희토류 원소를 종류별로 교번하여 각각의 층에 격리시켜 도핑하고 이를 반복형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
7. 제6항에 있어서, 각각의 층의 두께가 10㎚ 이하로 제어된 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
8. 제7항에 있어서, 각각의 희토류 원소가 도핑된 층 사이에 다른 희토류 원소들끼리의 상호작용을 방지하기 위해 비도핑된 실리카 또는 실리카 계열 층을 형성한 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
9. 제8항에 있어서, 비도핑된 실리카 또는 실리카 계열 층의 두께가 10㎚ 이하로 제어된 것을 특징으로 하는 광소자용 박막.
10. 산화된 실리콘 기판, 실리카 기판 및 실리카 계열 기판로 구성된 기판군으로부터 선택된 어느 하나와;

    상기 기판 상에 제1항에 기재된 바와 같이 형성되어 광을 방출시키기 위한광소자용 박막과;

    상기 광소자용 박막 상에 형성된 실리카 또는 실리카 계열 상부 클래딩층을 구비하는 광방출구조체.
11. 제1항 또는 제10항에 기재된 광소자용 박막을 제조하는 방법에 있어서,

    증착압력이 1×10^-3Torr 이하의 저압에서, 밀도가 10¹⁰내지 10¹³이온/㎝³인 고밀도 플라즈마 CVD방법을 이용하여 광소자용 박막을 증착하는 단계와;

    상기 증착된 광소자용 박막을 1100℃를 초과하지 않는 온도에서 열처리하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자용 박막 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 열처리단계가 900℃ 내지 1100℃ 사이의 온도에서 5분 이상 진행되는 것을 특징으로 하는 광소자용 박막 제조방법.
13. 제1항 또는 제10항에 기재된 광소자용 박막을 제조하는 방법에 있어서,

    규소 나노결정을 미리 생성하는 단계와;

    상기 규소 나노결정을 희토류 도핑된 실리카 또는 실리카 계열 졸-겔에 희석시키는 단계와;

    상기 희석된 결과물을 건조 및 열처리하는 단계;

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자용 박막 제조방법.
14. 제1항 또는 제10항에 기재된 광소자용 박막을 제조하는 방법에 있어서,

    규소 나노결정을 미리 생성하는 단계와;

    상기 규소 나노결정에 희토류 원소를 도핑하는 단계와;

    상기 도핑된 결과물을 실리카 또는 실리카 계열 졸-겔에 희석하는 단계와;

    상기 희석된 결과물을 건조 및 열처리하는 단계;

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자용 박막 제조방법.