KR20040016643A - 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트박막 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더를 고루 균질한 상태로 분포되어지는 혼합물을 형성한 후, 상기 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하고, 상기 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하여 형성하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막이 제공된다.

또한, 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 고루 섞어 균질한 혼합물을 형성하는 단계, 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하는 단계, 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하는 단계를 포함하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법이 제공된다.

Description

파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법 {Cerium-silicate thin-film for semiconductor light-emitting devices using powder source and manufacturing method the same}

본 발명은 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 고루 섞어 형성한 균질한 혼합물을 이용해 박막 증착하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 반도체 발광장치 제조방법으로는 사파이어(sapphire) 기판을 사용해 나이트라이드(nitride)를 성장시켜 제조하는 방법이 대표적으로 사용되어 왔다.

나이트라이드는 1.9eV(InN)에서 6.2eV(AlN)에 이르는 직접 천이형 금지대 폭을 가지고 있어 가시광선에서 자외선까지의 넓은 파장영역에서 광 프로세싱이 가능하고, 구조적으로 안정되어 있어 고온 및 고출력에서 작동성이 우수하나, 성장이 어려우며, 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.

또한, 사파이어는 내마모성, 내열성, 내약품성, 열전도성, 절연성이 뛰어나 적외로부터 근자외까지의 폭넓은 파장을 투과하기 위한 전자부품이나 광학부품 등 폭넓은 분야에 응용되나, 사파이어 기판은 큰 격자상수의 불일치에 의한 문제점이 많이 발생하고, 발광장치를 제조하는 공정이 복잡하여 제조에 어려움이 따르며, 제조된 소자들은 장시간 사용시 불안정성을 띄어 심각한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 사파이어의 단가가 높아 생산비용이 높아지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 고가의 사파이어 기판을 사용하지 않고, 저가의 실리콘 기판에 균질한혼합물을 박막 증착하고 열처리 공정을 거쳐 다양한 형태의 색을 강력하게 발하는 발광장치를 제공함과 함께 보다 간단한 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 2는 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 박막 증착을 보인 개념도이다.

도 3은 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 일 실시예에 따른 결과를 보인 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 다른 실시예에 따른 결과를 보인 그래프이다.

세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더를 고루 균질한 상태로 분포되어지는 혼합물을 형성한 후, 상기 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하고, 상기 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하여 형성하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막이 제공된다.

또한, 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 고루 섞어 균질한 혼합물을 형성하는 단계, 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하는 단계, 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, 혼합물은 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 몰비로 각각 1:1의 비율을 갖도록 혼합하여 사용할 수 있고, 박막 증착은 스퍼터링 방법에 의하여 증착할 수 있으며, 급속 열처리는 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위에서 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

균질의 세륨 산화물 파우더와 균질의 실리콘 산화물 파우더를 각각 몰비로 1:0.8, 1:1, 1:1.2의 비율을 갖도록 혼합한 균질의 혼합물을 형성하고(단계 S10), 서로 다른 비율을 갖는 혼합물을 실리콘 기판 위에 각각 박막 증착한다(단계 S12).

박막 증착된 것을 급속 열처리 공정을 통해 일정한 범위의 온도 내에서 열처리를 행하는데(단계 S14), 일정범위의 열처리 온도는 대개 700℃ 내지 1200℃에 걸쳐서 분포하며, 혼합물의 혼합비율이나 기타의 조건에 의해 변경될 수 있다.

박막 증착 공정과 급속 열처리 공정을 거친 후, 균질한 발광장치용 세륨-실리케이트 박막이 형성된다(단계 S16).

바람직하게, 박막 증착을 위한 방법으로는 여러 가지 다양한 방법이 있으나, 본 발명에 따른 세륨 산화물과 실리콘 산화물의 혼합물을 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법에서는 스퍼터링에 의한 박막 증착을 이용하며, 이 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 박막 증착을 보인 개념도이다.

혼합물(20)은 세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더를 균질하게 고루 섞어 형성하여 균질한 특성을 갖는 혼합물질이다.

아르곤 이온 플라즈마(30)는 실리콘웨이퍼(40)와 마주보는 혼합물(20)의 표면에서 무거운 불활성 가스인 아르곤(Ar)가스가 글로우 방전에 의해 형성된 플라즈마이다.

실리콘웨이퍼(40)는 실리콘 단결정 기판으로 사파이어기판에 비하여 상업적으로 구하기 손쉽고, 비용이 저렴하며, 공정이 간단하여 일반적인 반도체 발광장치 제조공정에 주로 사용되어진다.

바람직하게, 박막 증착은 고주파 마그네트론 스퍼터(RF Magnetron Sputter)로 혼합물(타겟; 20)을 아르곤 이온 플라즈마(30)를 이용하여 실리콘웨이퍼(기판; 40)에 증착시킬 수 있다.

RF 마그네트론 스퍼터를 이용한 박막 성장방법은 진공상태에서 혼합물(20)과 웨이퍼(40)사이에 가스를 공급한 후 RF파워를 혼합물(20)에 인가하면, 글로우 방전(glow discharge)에 의해 가스가 이온화되어 혼합물(20)과 웨이퍼(40) 사이에 아르곤 이온 플라즈마(30)가 발생되고, 방전영역에 존재하는 양이온들이 전기적인 파워에 의해 혼합물(20)의 표면을 가격하게 된다.

상기 과정을 통해 혼합물(20)에서 떨어져 나온 원자나 분자들은 마주보고 배치되어있는 웨이퍼(40) 위에 증착되어 박막 성장이 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 일 실시예에 따른 결과를 보인 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 다른 실시예에 따른 결과를 보인 그래프이다.

스퍼터링을 통해 박막 증착된 것을 일정한 범위의 온도 내에서 급속 열처리하여, 발광효율이 향상되고 균질한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막을 형성한다.

도 3은 세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더가 몰비로 1:1(50), 1:0.8(51), 1:1.2(52)의 비율로 균일하게 혼합된 혼합물(20)을 박막 증착한 후, 1100℃를 기준으로 급속 열처리 한 것으로, 열처리 소요시간은 10분으로 하여 제작된 발광물질의 광 여기 파장과 열처리 온도에 따른 결과를 보인 그래프이다.

발광의 강도는 1:1.2(52), 1:0.8(51), 1:1(50)의 순서로 강하게 관측되었으며, 발광의 강도가 가장 강하게 관측된 것은 1:1(50)의 비율로 혼합한 혼합물(20)로 발광파장이 상온에서 381nm의 결과를 보였다.

도 4는 세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더가 몰비로 1:1(53), 1:0.8(54), 1:1.2(55)의 비율로 균일하게 혼합된 혼합물(20)을 박막 증착한 후, 1000℃를 기준으로 급속 열처리하여 제조된 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 광 여기 파장과 열처리 온도에 따른 결과를 보인 그래프이다.

열처리 온도를 1000℃를 기준으로 한 경우에도 발광의 강도는 1:1.2(53), 1:0.8(54), 1:1(55)의 순서로 강하게 관측되었으며, 1:1(53)의 비율로 균일하게 혼합된 혼합물(20)에서 높은 상온 광 여기 발광세기를 관측하였다.

종합적으로, 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더의 몰비를 1:1로 혼합하여 형성한 균질의 혼합물(20)을 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 박막 증착하고, 1000℃에서 급속 열처리하여 제조한 균질의 파우더 원료를이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막을 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지의 변형이나 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허의 청구범위에 의해 정해져야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법은 발광장치 제조에 주로 사용되어지던 고가의 사파이어 기판 대신에 저가의 실리콘 기판을 사용함으로써 비용을 절감하고 보다 간단한 공정을 제공하는 효과가 있다.

또한, 박막 증착 공정과 일정 범위의 급속 열처리 공정을 통해 제조함으로써, 박막 증착의 전 범위에 걸쳐 균일한 상태의 광 여기 및 전계 발광이 가능한 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막을 제공하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 고루 균질한 상태로 분포되어지는 혼합물을 형성한 후, 상기 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하고, 상기 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하여 형성하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 세륨 산화물 파우더와 실리콘 산화물 파우더를 몰비로 각각 1:1의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 박막 증착은 스퍼터링 방법에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 급속 열처리는 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막.
5. 균질한 세륨 산화물 파우더와 균질한 실리콘 산화물 파우더를 고루 섞어 균질한 혼합물을 형성하는 단계;

   상기 혼합물을 실리콘 기판에 박막 증착하는 단계;

   상기 박막 증착된 재료를 일정온도에서 급속 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 세륨 산화물과 실리콘 산화물을 몰비로 각각 1:1의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 박막 증착은 스퍼터링 방법에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 급속 열처리는 1000℃ 내지 1100℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우더 원료를 이용한 반도체 발광장치용 세륨-실리케이트 박막의 제조방법.