Surface polarity와 표면형상이 제어된 ZnO 나노구조체 제조 및 광학적 특성연구

Abstract

반도체 나노소재는 나노스케일에 기인한 독특한 광학적, 전기적 특성을 보이기 때문에 많은 관심과 연구의 대상이 되고 있다. 소재의 사이즈가 작아짐에 따라 비표면적이 커져서, 벌크물질과 비교해 볼 때 표면의 의한 효과가 증대된다. 특히 ZnO 나노소재의 surface polarity는 소재의 화학적, 물리적 특성에 중요한 영향을 미치기 때문에, 표면구조를 제어하는 것은 나노구조의 응용에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 비촉매방식의 유기금속화학기상증법(MOVPE)을 이용하여 GaN 박막에 ZnO 나노구조를 수직으로 성장시켰으며, 성장 조건을 조절하여 나노막대의 형상과 표면구조를 제어하였다. 우선, Zn-rich 및 저온공정에서 성장된 ZnO 나노구조체는 smooth한 표면을 가지는 나노막대(nanorod)와 나노벽(nanowall)구조가 네트워크를 이루고 있으며, O-rich 및 고온공정에서는 corrugated, stacked pyramid 구조를 가지는 ZnO 나노막대가 성장되었다. 또한, 투고전자현미경(TEM)을 통해 성장된 ZnO 나노구조체의 구조를 분석해 본 결과, smooth한 표면을 가지는 ZnO 나노구조체는 무극성인 { }과 { } 면으로 이루어지지만, stacked pyramid 구조를 가지는 ZnO 나노막대는 주로 O-polar { }과 {0001} 표면으로 이루어짐이 밝혀졌다. 또한 cathodoluminescence (CL) 분석을 통해 surface polarity와 발광특성과의 상관관계를 연구하였다.