CVD법을 이용한 일차원구조 GaN:Mn의 성장과 광학적 특성연구

Abstract

최근에 직접 천이형 에너지 밴드 갭을 가지는 Ⅲ족 질화물 반도체는 광전소자와 미세 전자소자에의 응용으로 인하여 급격하게 중요시 되어 왔다. 이러한 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 질화물 반도체는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체에 비해 더 강하게 결합되어 넓은 밴드 갭을 가지며 이는 짧은 파장을 발현하는 반도체 재료로써 가시광선 영역에서 자외선 영역의 파장(AlN 6.2 eV, GaN 3.39 eV, InN 1.89 eV)까지 구현할 수 있는 재료이다. 또한 Ⅲ-Ⅴ족의 질화물 반도체 재료는 재료의 장점을 살려 고온재료, 고출력 전자장치, LEDs, LDs 등 각종 산업에 다양하게 이용되고 있다. 그 중에서도 특히 GaN는 청색 파장대의 발광다이오드(LED)를 만들 수 있는 물질로 각광 받고 있지만 재료구현의 어려움으로 인해 연구를 진행하는데 있어 어려움이 있다. 이에 따라, 이번 연구에서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 GaN 나노 와이어를 VS mechanism을 통하여 성장시켰다. 많은 관련 연구 자료에 따르면 촉매를 사용하여 GaN를 성장시키는 방법에 대해서는 잘 나와 있는 반면에 촉매 없이 성장시키는 VS방법에 대해서는 고순도와 사이즈를 컨트롤 하는 방법이 어렵기 때문에 그렇지 못하다. 그러나 VS방법은 실험공정이 간단하여 수율이 높다는 장점이 있다. 그에 따라 본 연구에서는 VS mechanism을 통하여 GaN를 성장시키는 것에 초점을 맞추어 진행하였다. 이 논문에서는 VS법과 VLS법을 이용하여 GaN와 Mn이 도핑 된 GaN 나노 와이어를 성장시켜 비교분석 하였다. 측정방법으로는 결정구조와 morphology측정을 위하여 FE-SEM, XRD를 사용하였고 정성분석을 위하여 EDS, 광학적 특성 분석을 위하여 PL과 CL measurement를 사용하였다.