분자선 증착장비를 이용한 (In)GaAs 나노선 제조 및 특성 평가

Abstract

최근 반도체 나노선과 나노 튜브 그리고 나노 벨트 등의 1차원 나노 구조체들에 대한 연구와 관심이 매우 고조되고 있다. 이러한 1차원 구조체들은 매우 독특하고 뛰어난 광학적, 전자기적 성질을 갖고 있어 이를 바탕으로 하여 적용 가능한 분야가 FET나 각종 Sensor 그리고 Field emitters, antennas, nanomanipulation tools, solar cell등 매우 광범위하기 때문이다. 뿐 만 아니라 현재 연구 개발되어지고 있는 제조공정을 잘 컨트롤할 수 있다면 매우 경제적인 nano device를 구현할 수 있게 될 것임이 예상된다. 이들 중 반도체 나노선, 특히 III-V 족 나노선의 경우 전자와 홀의 유효질량이 작아 더 높은 이동도를 갖고 직접 밴드갭을 가지는 물질이기 때문에 광소자로서의 응용이 가능하다. 이러한 나노선을 Si 기판위에 성장을 하면 저가형 고급 광원 및 저가형 고속 전자 소자에 적용이 가능하다. 본 연구에서는 MBE (molecular beam epitaxy)를 이용하여 Si 기판 위에 (In)GaAs 나노선을 성장하였다. 나노선의 수직 성장을 돕기위해 (111) 방향의 Si을 사용하였으며 나노선의 VLS 성장법의 촉매제로 50nm 사이즈의 Au 나노입자를 사용하였다. 성장한 나노선은 주사 전자 현미경 (scanning electron microscope, SEM)을 통해 길이, 밀도 및 형상을 확인하였으며 투과 전자 현미경 (transmission electron microscope, TEM)을 통해 구조 및 결정성을 확인하였다. 또한, 광 발광(photoluminescence, PL)을 통해 광학적 특성을 확인하였다.

| Compound semiconductor nanowires (NWs) have attracted much attention because of the novel application to photonic or electronic devices. Controlled shape, size and density are the key factor to determine their opto electronic applications. In this work we study the MBE growth of (In)GaAs NWs on Si (111) substrate. Our InGaAs NWs were grown in a Riber compact 21E solid source MBE system with a rotationg sample stage for uniform NWs growth. Au colloidal nanoparticles (NPs) were employed to catalyze (In)GaAs NWs growth. Experiments indicate that substrate pretreatment (annealing temperature and time before MBE), growth temperature, III-V ratio are all key parameters to vertical epitaxial growth. By increasing the As flux and growth time, the NWs length was increased. The length of NWs length of NWs drcreases is not affected by growth temperature up to 400 ℃. Above 425 ℃, the length of NWs dcreases abrubtly. TEM analysis reveal that NWs were WZ crystal phased. It is shown that the photoluminescence intensity is increased by increasing the growth temperature.; Compound semiconductor nanowires (NWs) have attracted much attention because of the novel application to photonic or electronic devices. Controlled shape, size and density are the key factor to determine their opto electronic applications. In this work we study the MBE growth of (In)GaAs NWs on Si (111) substrate. Our InGaAs NWs were grown in a Riber compact 21E solid source MBE system with a rotationg sample stage for uniform NWs growth. Au colloidal nanoparticles (NPs) were employed to catalyze (In)GaAs NWs growth. Experiments indicate that substrate pretreatment (annealing temperature and time before MBE), growth temperature, III-V ratio are all key parameters to vertical epitaxial growth. By increasing the As flux and growth time, the NWs length was increased. The length of NWs length of NWs drcreases is not affected by growth temperature up to 400 ℃. Above 425 ℃, the length of NWs dcreases abrubtly. TEM analysis reveal that NWs were WZ crystal phased. It is shown that the photoluminescence intensity is increased by increasing the growth temperature.