반도체 나노 구조의 광학적 및 전기적 성질은 나노 구조의 형성모양과 크기에 영향을 많이 받는다. 현재 양자점의 전기적, 광학적 특성을 이용한 infrared detector, laser, memory 등 반도체 소자로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 CdTe/ZnTe 나노 구조의 형성은 청녹색 발광영역에서 작동하는 광전소자의 제작에 유용한 재료로써 사용되어 많은 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 분자선속에피생장법에 의하여 성장 조건을 변화시키면서 CdTe/ZnTe 나노 구조를 형성하여 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. ...
반도체 나노 구조의 광학적 및 전기적 성질은 나노 구조의 형성모양과 크기에 영향을 많이 받는다. 현재 양자점의 전기적, 광학적 특성을 이용한 infrared detector, laser, memory 등 반도체 소자로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 CdTe/ZnTe 나노 구조의 형성은 청녹색 발광영역에서 작동하는 광전소자의 제작에 유용한 재료로써 사용되어 많은 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 분자선속에피생장법에 의하여 성장 조건을 변화시키면서 CdTe/ZnTe 나노 구조를 형성하여 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. Cd 셀 온도를 205℃에서 225℃로 변화시켰을 때 CdTe 양자선의 굵기가 증가함을 원자 힘 현미경으로 관측하였다. 온도 의존 광루미네센스를 측정한 결과 양자선의 굵기가 커짐에 따라 전하의 활성화 에너지가 53meV에서 33meV로 감소하였는데 이것은 가는 양자선에서 전하의 구속효과가 더 뛰어남을 알 수 있었다. 또한 광 발광에너지도 2.229eV에서 2.151eV로 감소하는 적색편이를 관찰할 수 있었다. 이와 같은 결과는 양자점의 크기가 커질수록 전하의 구속에너지가 작아진다는 사실을 양자선에서 적용하여 생각할 수 있다는 점을 입증해 준다. 양자구조의 크기변화 뿐만 아니라 양자구조의 모양변화를 보기 위해서 표면에너지 변화를 유도하여 양자선에서 양자점을 성장하였다. 보통 Ⅲ-Ⅴ족 물질인 경우 격자 뒤틀림이 형성되는데 필요한 에너지가 적어 양자점이 쉽게 성장되지만 Ⅱ-Ⅵ족 물질은 형성에너지가 커 양자점을 성장하기 어렵다. 그렇기 때문에 격자 뒤틀림 형성에너지를 줄이기 위해 완충층인 ZnTe를 위에 Cd 셀 온도 210℃에서 CdTe를 성장한 후에 기판 온도를 200℃로 낮춘 뒤 Ⅵ족에 해당되는 Te flux를 날려주고 다시 온도를 280℃로 높여 표면을 덮고 있는 Te을 없애 주었다. 여기서 기판온도를 낮추는 이유는 원래 성장 온도인 310℃에서 Te flux를 날려주면 표면에 붙는 입자들보다 떨어져 나가는 입자들이 많기 때문이다. 위와 같은 조건에서 성장한 결과 양자선에 양자점으로 구조가 변화하는 것을 원자 힘 현미경을 통해 관찰하였다. 이것은 Te flux에 의해 표면에너지가 변화하여 3차원구조인 양자점을 형성할 수 있음을 알 수 있었다.
반도체 나노 구조의 광학적 및 전기적 성질은 나노 구조의 형성모양과 크기에 영향을 많이 받는다. 현재 양자점의 전기적, 광학적 특성을 이용한 infrared detector, laser, memory 등 반도체 소자로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 CdTe/ZnTe 나노 구조의 형성은 청녹색 발광영역에서 작동하는 광전소자의 제작에 유용한 재료로써 사용되어 많은 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 분자선속에피생장법에 의하여 성장 조건을 변화시키면서 CdTe/ZnTe 나노 구조를 형성하여 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. Cd 셀 온도를 205℃에서 225℃로 변화시켰을 때 CdTe 양자선의 굵기가 증가함을 원자 힘 현미경으로 관측하였다. 온도 의존 광루미네센스를 측정한 결과 양자선의 굵기가 커짐에 따라 전하의 활성화 에너지가 53meV에서 33meV로 감소하였는데 이것은 가는 양자선에서 전하의 구속효과가 더 뛰어남을 알 수 있었다. 또한 광 발광에너지도 2.229eV에서 2.151eV로 감소하는 적색편이를 관찰할 수 있었다. 이와 같은 결과는 양자점의 크기가 커질수록 전하의 구속에너지가 작아진다는 사실을 양자선에서 적용하여 생각할 수 있다는 점을 입증해 준다. 양자구조의 크기변화 뿐만 아니라 양자구조의 모양변화를 보기 위해서 표면에너지 변화를 유도하여 양자선에서 양자점을 성장하였다. 보통 Ⅲ-Ⅴ족 물질인 경우 격자 뒤틀림이 형성되는데 필요한 에너지가 적어 양자점이 쉽게 성장되지만 Ⅱ-Ⅵ족 물질은 형성에너지가 커 양자점을 성장하기 어렵다. 그렇기 때문에 격자 뒤틀림 형성에너지를 줄이기 위해 완충층인 ZnTe를 위에 Cd 셀 온도 210℃에서 CdTe를 성장한 후에 기판 온도를 200℃로 낮춘 뒤 Ⅵ족에 해당되는 Te flux를 날려주고 다시 온도를 280℃로 높여 표면을 덮고 있는 Te을 없애 주었다. 여기서 기판온도를 낮추는 이유는 원래 성장 온도인 310℃에서 Te flux를 날려주면 표면에 붙는 입자들보다 떨어져 나가는 입자들이 많기 때문이다. 위와 같은 조건에서 성장한 결과 양자선에 양자점으로 구조가 변화하는 것을 원자 힘 현미경을 통해 관찰하였다. 이것은 Te flux에 의해 표면에너지가 변화하여 3차원구조인 양자점을 형성할 수 있음을 알 수 있었다.
CdTe quantum wires (QWs) were grown by molecular beam epitaxy and atomic layer epitaxy methods with varying Cd source temperature. Under tellurium (Te) flux, 1-dimension QWs were changed into 3-dimension QDs. As an increase of Cd source temperature, the diameter size of QWs increased due to an incre...
CdTe quantum wires (QWs) were grown by molecular beam epitaxy and atomic layer epitaxy methods with varying Cd source temperature. Under tellurium (Te) flux, 1-dimension QWs were changed into 3-dimension QDs. As an increase of Cd source temperature, the diameter size of QWs increased due to an increase of surface energy. The photoluminescence(PL) spectrum of QWs shifted to higher energy by decreasing the diameter of QWs. The thermal activation energy of smaller QWs was higher than that of larger QWs. This result means that smaller QWs confine more carriers than thick QWs. By overlaying CdTe QWs on ZnTe with Te which is then desorbed, the morphology transition from QWs to QDs was observed. This post-grown transition can be understood in terms of a variation of the surface energy in the presence of Te, which compensates for the low formation energy of dislocations in Ⅱ-Ⅵ compounds. This method shows the strong influence of the surface energy (and not just the lattice mismatch) in inducing the formation of coherent islands for mismatched systems having a low dislocation formation energy such as CdTe/ZnTe. Thus, surface energy is a critical factor of the growth of CdTe/ZnTe quantum structure such as QWs and QDs.
CdTe quantum wires (QWs) were grown by molecular beam epitaxy and atomic layer epitaxy methods with varying Cd source temperature. Under tellurium (Te) flux, 1-dimension QWs were changed into 3-dimension QDs. As an increase of Cd source temperature, the diameter size of QWs increased due to an increase of surface energy. The photoluminescence(PL) spectrum of QWs shifted to higher energy by decreasing the diameter of QWs. The thermal activation energy of smaller QWs was higher than that of larger QWs. This result means that smaller QWs confine more carriers than thick QWs. By overlaying CdTe QWs on ZnTe with Te which is then desorbed, the morphology transition from QWs to QDs was observed. This post-grown transition can be understood in terms of a variation of the surface energy in the presence of Te, which compensates for the low formation energy of dislocations in Ⅱ-Ⅵ compounds. This method shows the strong influence of the surface energy (and not just the lattice mismatch) in inducing the formation of coherent islands for mismatched systems having a low dislocation formation energy such as CdTe/ZnTe. Thus, surface energy is a critical factor of the growth of CdTe/ZnTe quantum structure such as QWs and QDs.
Keyword
#분자선 에피 생장법(MBE) 양자점 양자선 표면 에너지 변화 MBE ALE CdTe/ZnTe Quantum dot Quantum wire Surface energy
학위논문 정보
저자
이은혜
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
물리학과
지도교수
박홍이
발행연도
2003
총페이지
vi, 50p.
키워드
분자선 에피 생장법(MBE) 양자점 양자선 표면 에너지 변화 MBE ALE CdTe/ZnTe Quantum dot Quantum wire Surface energy
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