| 초록 |
3족 질화물 재료를 기반으로 한 1차원 나노 와이어는 그들의 우수한 구조적, 광학적, 전기적 특성 때문에 발광 다이오드 (LED), 레이저 다이오드 (LD), 태양 전지 및 광촉매 응용 분야에서 가장 유망한 구조 중 하나로 부상하고 있다. 하지만, 1차원 반도체 나노 와이어를 기반으로 한 나노소자 및 시스템을 제작하기 위해서는 여전히 해결해야 할 여러가지 어려움이 있다. 특히, GaN 기반의 에피 택시 성장시 발생하는 다양한 결함 및 구조적 변화, 상분리 현상은 광소자의 효율에 커다란 영향을 미친다. 우리는 고품질의 GaN 기반 나노와이어를 제작하기 위하여, 나노와이어 에피 택시에서 균일한 온도 분포의 구조 모델링을 위한 시뮬레이션을 수행하였으며 분자 빔 에피 택시 (MBE) 시스템을 사용하여 실리콘 (Si) 기판에 고농도 InGaN 및 long-InGaN 나노 와이어 이중접합 구조를 성공적으로 개발하였다. 다양한 In(인듐) 조성을 기판 온도의 변화를 통해 주입함으로써, 가시광 에너지 밴드를 가지는 나노와이어들의 구조적, 광학적 특성들이 조사되었다. 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)은 개발된 나노와이어들이, 기존의 나노와이어와 비교하여, 상당히 고품질로 성장되었음이 증명되었다. 새롭게 도입된 3-step 성장 기법을 통하여, InGaN 활성 영역을 획기적으로 증가시켰으며, 상분리가 상당히 감소된 우수한 광특성의 나노와이어들이 확인되었다. 이러한 단계별 온도 구배를 통한 균일한 조성분배 에피택시 성장기법은 다양한 1차원 나노 구조의 제작시 매우 중요한 플랫폼 기술이 될 것이다. 추가적으로, 우리는 본 연구를 통해 자외선부터 전체 가시광 영역의 방출을 위한, 멀티밴드구조 고품질 나노와이어를 성장하였고, InGaN을 부식이나 산화로부터 보호할 수 있는 코어-쉘(core-shell) 구조도 성공적으로 제작하였다. 이렇게 제작된 InGaN 나노와이어는 전체 가시 스펙트럼 범위에서 빛을 방출하고 InGaN 표면을 표면 재결합으로부터 보호할 수 있는 역할을 할 것이다. 제안된 나노와이어 모델링 및 에피택시 성장 결과는 초고효율의 광전 소자를 제작하기 위한 중요한 요소 기술이 될 것이다. |
