분자선 에피택시를 이용하여 GaN 나노로드를 성장시 구조 및 광학적인 특성에 미치는 N2의 양의 효과

Abstract

rf 플라즈마 소스가 장착된 분자선 에피택시 장비를 이용하여 Si(111) 기판위에 GaN 나노로드를 성장할 때, N2의 흐름양을 조절하여 나노로드의 구조 및 광학적인 특성을 조사하였다. <TEX>$N_2$</TEX>의 양이 1.1sccm에서 2.0sccm으로 변할 때 육각형 모양의 나노로드가 성장되었으며, 평균 직경이 80nm에서 190nm 까지 변화 하였다. 그러나 나노로드와 compact한 영역의 길이 (두께)비는 <TEX>$N_2$</TEX>의 양이 1.7sccm 까지는 증가하지만 그 이상에서는 변화지 않았다. PL 측정으로부터, <TEX>$N_2$</TEX>의 양이 적은 나노로드에서 자유 엑시톤의 피이크가 더욱 뚜렷하게 관측되었고, 모든 PL 피이크의 위치는 직경이 적을수록 나노로드의 크기 효과에 의해서 고에너지 쪽으로 이동하였다. <TEX>$N_2$</TEX>의 양이 1.7sccm 인 시료에서는 온도에 따른 PL의 피이크의 위치가 온도가 증가함에 따라서 "S-형"의 거동을 나타내었다. We have studied the effect of <TEX>$N_2$</TEX> flow rate on the structural and optical properties of GaN nanorods grown on (111) Si substrates by radio-frequency plasma-assisted molecular-beam epitaxy. The hexagonal shape nanorods with lateral diameters from 80 to 190 nm with increasing <TEX>$N_2$</TEX> flow rate from 1.1 to 2.0 sccm are obtained. However, the ratio of length (thickness) and compact region increases with increasing <TEX>$N_2$</TEX> flow rate up to 1.7 sccm and then saturate. From the photoluminescence, free exciton transition is clearly observed for GaN nanorods with low <TEX>$N_2$</TEX> flow rate. And the PL peak energies are blue-shifted with decreasing diameter of the GaN nanorods due to size effect. Temperature-dependent photoluminescence spectra for the nanorods with <TEX>$N_2$</TEX> flow rate of 1.7 sccm show an abnormal behavior like "S-shape" with increasing temperature.