KR19980060829A - Electroluminescent element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계발광소자 및 그 제조방법을 개시한다. 상기 전게발광소자는 p형 (또는 n형) 단결정 실리콘 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 p+형 (또는 n+형) 다공성 단결정 실리콘층, 이 다공성 단결정 실리콘층의 상부에 형성된 n형 (또는 p형) 다공성 다결정 실리콘층, 이 다공성 다결정 실리콘층 상부에 형성된 소정패턴의 제1전극층 및 상기 실리콘 기판의 하부에 형성된 제2전극층을 구비하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, pn접합 계면에 격자 불일치, 결함 등과 같은 계면 상태(interface states)가 많이 존재함에 따라 캐리어의 재결합이 증가됨으로써 다공성 실리콘의 발광특성이 향상된다. 그 결과 상기 다공성 실리콘을 이용한 전계발광소자의 발광효율이 매우 향상된다.The present invention discloses an electroluminescent device and a method of manufacturing the same. The electroluminescent device is a p-type (or n-type) single crystal silicon substrate, a p + (or n + type) porous single crystal silicon layer formed on the upper surface of the substrate, n-type (or p formed on the porous single crystal silicon layer) Type) porous polycrystalline silicon layer, a first electrode layer having a predetermined pattern formed on the porous polycrystalline silicon layer, and a second electrode layer formed on the lower portion of the silicon substrate. According to the present invention, as the interface states such as lattice mismatch and defects are present at the pn junction interface, the recombination of carriers is increased, thereby improving the light emission characteristics of the porous silicon. As a result, the luminous efficiency of the electroluminescent device using the porous silicon is greatly improved.
Description
본 발명은 전계발광소자(electroluminescence: EL) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하기로는 실리콘 기판과 다른 타입의 다결정 실리콘층을 증착하여 pn접합(pn junction) 계면에서의 캐리어들의 재결합(recombination) 증가함으로써 발광효율이 개선된 전계발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electroluminescence device (EL) and a method of manufacturing the same, and more particularly, to recombination of carriers at a pn junction interface by depositing a silicon substrate and another type of polycrystalline silicon layer. The present invention provides an electroluminescent device having improved luminous efficiency and a method of manufacturing the same.
어떤 정보를 디스플레이상에 나타내는 데 사용되는 장치로서 열전자방출 및 형광물체의 발광을 이용한 음극선관(CRT), 음극선관의 원리와 유사하지만 전자방출음극이 실선 구조로 되어 있고 전체적인 형태가 주로 평판형으로 되어 있는 형광표시관(VFD), 액정의 전기광학적 특성을 이용한 액정표시소자(LCD), 대전된 양 전극사이에서의 기체 방전 현상을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP), 전계발광효과를 이용한 EL소자 등이 있다. 이러한 디스플레이 장치들은 각각의 기능 및 구조적 특성이 상이하므로 사용목적에 맞게 선택적으로 적용되고 있다.A device used to display certain information on the display, similar to the principle of cathode ray tube (CRT) and cathode ray tube using hot electron emission and light emission of fluorescent substance, but the electron emission cathode has a solid line structure and the overall shape is mainly flat A fluorescent display tube (VFD), a liquid crystal display device (LCD) using the electro-optical properties of liquid crystals, a plasma display device (PDP) using a gas discharge phenomenon between the charged both electrodes, an EL device using an electroluminescent effect, etc. There is this. These display devices have different functions and structural characteristics, and thus are selectively applied according to the purpose of use.
최근의 디스플레이 장치들의 개발 동향은 방대한 대중정보를 표시할 수 있는 매체에 대한 요구와 대화면의 고선명 텔레비젼 등의 출현으로 인하여 고선명도의 대형 화면을 갖는 동시에 박막화된 표시장치를 얻고자 하는 것이다. 이러한 개발 추세에 대응하여, 다공성 실리콘을 이용한 디스플레이 장치에 대한 연구가 시작되게 되었다. 그런데, 실리콘은 간접 밴드간 천이반도체(indirect interband transition semiconductor)라서 이 실리콘 물질을 이용하여 발광소자를 제조한다는 것은 불가능하다는 것으로 알려져 있다. 따라서 pn접합을 이용한 전계발광소자에서는 발광층으로서 III-V족 화합물 반도체, II-VI족 화합물 반도체, IV-VI족 화합물 반도체 등과 같은 직접 밴드간 천이 반도체 (direct interband transition semiconductor) 물질층을 이용한다.The recent development trend of display devices is to obtain a thin film display device having a high-definition large screen due to the demand for a medium capable of displaying a large amount of public information and the emergence of a large-screen high-definition television. In response to this development trend, research on display devices using porous silicon has begun. However, since silicon is an indirect interband transition semiconductor, it is known that it is impossible to manufacture a light emitting device using the silicon material. Therefore, in the electroluminescent device using the pn junction, a direct interband transition semiconductor material layer such as a III-V compound semiconductor, a II-VI compound semiconductor, a IV-VI compound semiconductor, or the like is used as the light emitting layer.
그 후, 실리콘 단결정(single crystal)을 제조하는 기술이 개발됨에 따라, 실리콘을 디스플레이 장치의 광원으로 이용할 수 있게 되었다. 즉, 단결정 실리콘을 다공질화하여 다공성 실리콘(porous silicon)을 얻고, 이 물질층을 발광층으로 이용한 전계발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되게 되었다.Subsequently, as technology for manufacturing silicon single crystals has been developed, silicon can be used as a light source of a display device. That is, porous silicon is obtained to obtain porous silicon, and research into an electroluminescent device using this material layer as an emission layer has been actively conducted.
상기 다공성 실리콘을 이용한 디스플레이 장치들에서는, 다공성 실리콘층이 형성된 기판에 소정크기의 전압을 가하거나 광을 조사하면 다공성 실리콘층의 특성에 따라 가시광 영역의 빛을 발하게 된다.In the display devices using the porous silicon, when a voltage having a predetermined size is applied to the substrate on which the porous silicon layer is formed or irradiated with light, the display device emits light in the visible region according to the characteristics of the porous silicon layer.
다공성 실리콘은 단결정 실리콘을 불산(HF)용액에 침지시킨 상태에서 전기화학적으로 양극처리(anodizing)함으로써 제조된다. 이 때 사용하는 불산 용액의 농도, 불산 용액에 침지시키는 시간, 인가하는 전류밀도 등에 따라, 얻어지는 다공성 실리콘의 특성이 달라져서 상이한 파장 영역 즉 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)의 빛을 발하게 된다.Porous silicon is prepared by anodizing electrochemically with monocrystalline silicon immersed in a hydrofluoric acid (HF) solution. The characteristics of the porous silicon obtained vary depending on the concentration of the hydrofluoric acid solution used, the time to be immersed in the hydrofluoric acid solution, the current density to be applied, and the like, and thus light of different wavelength ranges, that is, red (R), green (G), or blue (B). Will be emitted.
도 1은 다공성 실리콘을 이용한 일반적인 전계발광소자의 일실시예를 나타낸 것이다.1 shows an embodiment of a general electroluminescent device using porous silicon.
이를 참조하면, p형 (또는 n형) 실리콘 기판 (11)의 상면에는 다공성 실리콘층 (12)이 형성되어 있고, 상기 다공성 실리콘층 (12)의 상면에는 pn접합으로 n+(또는 p+형) 실리콘층 (13)이 형성되어 있다.Referring to this, a porous silicon layer 12 is formed on an upper surface of a p-type (or n-type) silicon substrate 11, and an n + (or p + type) is formed on the upper surface of the porous silicon layer 12 by a pn junction. ) The silicon layer 13 is formed.
그리고 상기 다공성 실리콘층 (12)의 상부에는 소정 패턴의 ITO 전극층 (14)이 형성되어 있으며, 기판 (11)의 하면에는 알루미늄 전극층 (15)이 형성되어 있다.The ITO electrode layer 14 having a predetermined pattern is formed on the porous silicon layer 12, and the aluminum electrode layer 15 is formed on the bottom surface of the substrate 11.
그런데 상기한 바와 같은 구조를 갖는 전계발광소자에 있어서, 다공성 실리콘층의 발광특성이 만족할만 한 수준에 이르지 못하여 아직도 개선의 여지가 많다.However, in the electroluminescent device having the structure as described above, there is still a lot of room for improvement since the light emitting characteristics of the porous silicon layer do not reach a satisfactory level.
이에 본 발명자는 많은 연구 끝에 상기 실리콘 기판상에 이 실리콘 기판과 반대 타입의 다결정 실리콘층을 증착함으로써 다공성 실리콘층의 발광특성이 개선되는 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the inventors have completed the present invention in which the light emission characteristics of the porous silicon layer are improved by depositing a polycrystalline silicon layer of the opposite type to the silicon substrate on the silicon substrate after much research.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다공성 실리콘층의 발광특성이 개선된 전계발광소자를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an electroluminescent device having improved light emission characteristics of a porous silicon layer.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 전계발광소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the electroluminescent device.
도 1은 통상적인 전계발광소자의 구조를 나타낸 도면이고,1 is a view showing the structure of a conventional electroluminescent device,
도 2는 본 발명에 따른 전계발광소자의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of an electroluminescent device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11, 21... p형 (또는 n형) 실리콘 기판11, 21 ... p-type (or n-type) silicon substrate
13... n+형 (또는 p+형) 실리콘층13 ... n+Type (or p+brother) Silicon layer
23... p+형 (또는 n+형) 실리콘층23 ... p+Type (or n+brother) Silicon layer
14, 24...제1전극층14, 24 ... first electrode layer
26... n형 (또는 p형) 실리콘층26 ... n-type (or p-type) Silicon layer
본 발명의 첫번째 과제는 p형 (또는 n형) 단결정 실리콘 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 p+형 (또는 n+형) 다공성 단결정 실리콘층, 이 다공성 단결정 실리콘층의 상부에 형성된 n형 (또는 p형) 다공성 다결정 실리콘층, 이 다공성 다결정 실리콘층 상부에 형성된 소정패턴의 제1전극층 및 상기 실리콘 기판의 하부에 형성된 제2전극층을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전계발광소자를 제공함으로써 이루어진다.The first object of the present invention is a p-type (or n-type) single crystal silicon substrate, a p + (or n + type) porous single crystal silicon layer formed on the upper surface of the substrate, n-type (or formed on top of the porous single crystal silicon layer and p-type) porous polycrystalline silicon layer, a first electrode layer having a predetermined pattern formed on the porous polycrystalline silicon layer, and a second electrode layer formed on the lower portion of the silicon substrate.
본 발명의 두번째 과제는 (a) p형 (또는 n형) 단결정 실리콘 기판을 에칭한 다음, 기판 후면에 제2전극층을 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판 상부에 n+형 (또는 p+형) 다결정 실리콘층을 증착하는 단계; (c) 상기 결과물을 소정농도의 불산용액에 침지시킨 다음, 양극처리하여 다공성 실리콘층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 다공성 실리콘층 상부에 제1전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조방법에 의하여 이루어진다.A second object of the present invention is to (a) etching the p-type (or n-type) single crystal silicon substrate, and then forming a second electrode layer on the back of the substrate; (b) depositing an n + type (or p + type) polycrystalline silicon layer on the silicon substrate; (c) immersing the resultant in a hydrofluoric acid solution of a predetermined concentration, and then anodizing to form a porous silicon layer; And (d) forming a first electrode layer on the porous silicon layer.
본 발명에서는 다공성 실리콘층의 발광특성을 향상시키기 위하여 pn접합 계면에서 캐리어들의 재결합을 증가시키고자 한다. 이를 위해서는 우선적으로 실리콘 기판을 에칭하여 실리콘 기판 표면을 거칠게 만든 다음, 여기에 상기 실리콘 기판과 반대타입의 다결정질 실리콘 기판을 증착시킨다. 그 후, 소정 농도의 불산용액을 이용하여 다공성 실리콘층을 형성하는 것이다.In the present invention, to increase the recombination of the carriers at the pn junction interface in order to improve the light emitting characteristics of the porous silicon layer. To this end, the silicon substrate is first etched to roughen the silicon substrate surface, and then a polycrystalline silicon substrate of the opposite type to the silicon substrate is deposited thereon. Thereafter, a porous silicon layer is formed using a hydrofluoric acid solution having a predetermined concentration.
상술한 방법에 따라 다공성 실리콘층을 형성하면 pn 접합계면에 격자 불일치, 결함(defect) 등의 계면 상태(intersurface state)가 많이 존재하여 캐리어들의 재결합이 증가되고, 그 결과 다공성 실리콘층의 발광특성이 향상된다.When the porous silicon layer is formed according to the above-described method, there are many interface states such as lattice mismatch and defects on the pn junction interface, thereby increasing recombination of carriers, and as a result, the light emission characteristics of the porous silicon layer are increased. Is improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전계발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an electroluminescent device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, p형 (또는 n형) 단결정 실리콘 기판을 에칭한 다음, 기판 후면에 알루미늄, 크롬, SiC 및 금중에서 선택된 금속을 증착하여 제2전극층을 형성한다.First, a p-type (or n-type) single crystal silicon substrate is etched, and then a metal selected from aluminum, chromium, SiC, and gold is deposited on the back of the substrate to form a second electrode layer.
그리고 나서 상기 실리콘 기판 상부에 이 기판과 반대타입의 n형 (또는 p형) 다결정 실리콘층을 증착한다.Then, an n-type (or p-type) polycrystalline silicon layer opposite to the substrate is deposited on the silicon substrate.
그 후, 상기 실리콘 기판을 소정농도의 불산용액에 침지시킨 다음, 양극처리하여 다공성 실리콘층을 형성한다. 상기 다공성 실리콘층의 형성단계에서, 다공성 실리콘의 표면을 양극처리하는 과정은 구체적으로 소정농도의 불산용액에 소정크기의 전류밀도로 전류를 일정시간동안 공급함으로서 행해진다.Thereafter, the silicon substrate is immersed in a hydrofluoric acid solution of a predetermined concentration, and then anodized to form a porous silicon layer. In the forming of the porous silicon layer, anodizing the surface of the porous silicon is specifically performed by supplying a current at a predetermined density of current density to a hydrofluoric acid solution of a predetermined concentration for a predetermined time.
상기 불산용액의 농도는 불산용액하에서의 양극처리로 얻어지는 다공성 실리콘이 안정하도록 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.The concentration of the hydrofluoric acid solution is preferably appropriately selected so that the porous silicon obtained by anodization under hydrofluoric acid solution is stable.
상기 다공성 실리콘층 상부에 제1전극층을 형성한다. 이 때 제1전극층은 산화인듐, 산화티타늄, 산화인듐 및 알루미늄중에서 선택된 물질로 형성한다.A first electrode layer is formed on the porous silicon layer. In this case, the first electrode layer is formed of a material selected from indium oxide, titanium oxide, indium oxide, and aluminum.
상술한 바에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같은 전계발광소자를 얻을 수 있다.According to the above, the electroluminescent device as shown in FIG. 2 can be obtained.
이를 참조하면, p형 (또는 n형) 단결정 실리콘 기판 (21)의 상면에는 p+(또는 n+형) 다공성 단결정 실리콘층 (23)이 형성되어 있고, 이 실리콘층 (23) 상부에는 n형 (또는 p형) 다공성 다결정 실리콘층 (26)이 형성되어 있다. 그리고 이 상부에는 소정패턴의 제1전극층인 ITO전극층 (24)이 형성되어 있으며, 기판 (21)의 하면에는 제2전극층인 알루미늄층 (25)이 형성되어 있다. 여기에서 (22)는 다공성 실리콘층을 나타낸다.Referring to this, the upper surface of the p-type (or n-type) single crystal silicon substrate 21 is p+(Or n+Type) porous single crystal silicon layer 23 is formed, and on the silicon layer 23 is n-type (or p-type) Porous polycrystalline The silicon layer 26 is formed. An ITO electrode layer 24 as a first electrode layer of a predetermined pattern is formed on the upper portion, and an aluminum layer 25 as a second electrode layer is formed on the lower surface of the substrate 21. Here, (22) represents a porous silicon layer.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited only to the following Examples.
실시예 1Example 1
p형 단결정 실리콘 기판을 왕수를 이용하여 에칭하였다. 그 후, 상기 기판의 후면에 알루미늄을 증착하여 알루미늄 전극층을 형성하였다.The p-type single crystal silicon substrate was etched using aqua regia. Thereafter, aluminum was deposited on the rear surface of the substrate to form an aluminum electrode layer.
후면에 알루미늄 전극층이 형성된 p형 실리콘 기판에 n형 다결정 실리콘을 증착하였고, 이를 불산용액에 함침시키고, 여기에 전류를 공급하였다.An n-type polycrystalline silicon was deposited on a p-type silicon substrate on which an aluminum electrode layer was formed on the rear surface, impregnated with hydrofluoric acid solution, and current was supplied thereto.
이어서, 상기 기판의 n형 다공성 다결정 실리콘층 상부에 소정패턴의 ITO 전극층을 형성함으로써 전계발광소자를 완성하였다.Subsequently, an electroluminescent device was completed by forming an ITO electrode layer having a predetermined pattern on the n-type porous polycrystalline silicon layer of the substrate.
상기 ITO 전극층 및 알루미늄 전극층에 전압을 인가하여 다공성 실리콘층이 발광하도록 함으로써 화상을 형성하였다.An image was formed by applying a voltage to the ITO electrode layer and the aluminum electrode layer to cause the porous silicon layer to emit light.
비교예Comparative example
p형 실리콘 기판의 후면에 알루미늄을 증착하여 알루미늄 전극층을 형성하였다. 그리고 이 기판의 전면에 n형 불순물인 인을 도핑하여 n+반도체층을 형성하였다.Aluminum was deposited on the back surface of the p-type silicon substrate to form an aluminum electrode layer. The n + semiconductor layer was formed by doping phosphorus as an n-type impurity on the entire surface of the substrate.
상기 실리콘 기판을 불산용액에 함침시키고, 여기에 전류를 공급하였다.The silicon substrate was impregnated with hydrofluoric acid solution, and current was supplied thereto.
이어서, 상기 실리콘 기판의 다공성 실리콘층 상부에 소정패턴의 ITO 전극층을 형성함으로써 전계발광소자를 완성하였다.Subsequently, the electroluminescent device was completed by forming an ITO electrode layer having a predetermined pattern on the porous silicon layer of the silicon substrate.
상기 ITO 전극층 및 알루미늄 전극층에 전압을 인가하여 다공성 실리콘층이 발광하도록 함으로써 화상을 형성하였다.An image was formed by applying a voltage to the ITO electrode layer and the aluminum electrode layer to cause the porous silicon layer to emit light.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전계발광소자에 있어서, 각 발광소자의 발광효율을 측정하였다. 그 결과, 실시예에 따라 제조된 전계발광소자의 발광효율은 비교예에 따라 제조된 전계발광소자의 발광효율에 비하여 향상되었다.In the electroluminescent devices manufactured according to the above Examples and Comparative Examples, the luminous efficiency of each light emitting device was measured. As a result, the luminous efficiency of the electroluminescent device manufactured according to the embodiment was improved compared to the luminous efficiency of the electroluminescent device manufactured according to the comparative example.
본 발명에 따르면, pn접합 계면에 격자 불일치, 결함 등과 같은 계면 상태가 많이 존재함에 따라 캐리어의 재결합이 증가됨으로써 다공성 실리콘의 발광특성이 향상된다. 그 결과 상기 다공성 실리콘을 이용한 전계발광소자의 발광효율이 매우 향상된다.According to the present invention, as the interface state such as lattice mismatch and defects are present at the pn junction interface, the recombination of carriers is increased, thereby improving the luminescence properties of the porous silicon. As a result, the luminous efficiency of the electroluminescent device using the porous silicon is greatly improved.
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| KR20020032406A (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-03 | 야마자끼 순페이 | Light emitting device |
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1996
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