다양한 공간밀도를 갖는 실리콘 기반 InN 양자점 핵 생성 특성

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Si(111) 기판에 성장온도 및 InN 증착량 변화에 따른 InN 양자점 (Quantum Dot) 핵 생성 (Nucleation) 특성에 대해 논의한다. InN 양자점은 Nitrogen-Plasma 소스를 장착한 분자선증착기 (MBE)를 이용하여 0.103 Å/s의 성장속도로 성장하였다. 성장온도를 700 ℃에서 300 ℃로 변환하면서 형성한 시료를 전자주사현미경 (FE-SEM) 이미지를 통해 분석한 결과, lnN 양자점의 공간밀도는 9.4×107/cm2부터 1.1×1011/cm2까지 나타났다. 가장 높은 공간밀도를 갖는 경우, 기존에 보고된 값 (7.7×1010/cm2)보다 상대적으로 높은 값을 갖는다. InN 증착량을 31, 93, 186, 372 및 558 Å으로 각각 변화시켜 형성하여 양자점의 초기 성장거동을 분석하였다. InN 증착량이 증가함에 따라 양자점의 공간밀도는 4.4×1010/cm2에 1.1×1011/cm2까지 증가하였다. 일반적으로 InP 및 GaAs 기판을 기반으로 한 In(Ga)As 양자점은 증착량이 증가함에 따라 크기는 증가하고 밀도는 감소하는 경향을 보이며, 이는 같은 상 (Phase)을 갖는 물질들끼리 결합하려는 경향이 있기 때문이다. 본 실험에서는 In(Ga)As 양자점 결과와 다른 경향을 보이고 있는데, 이는 Si(111) 기판과 InN 사이의 격자 부정합 (Lattice-mismatch)이 상대적으로 크기 때문에 InN 양자점이 커지는 대신 새로운 핵 생성 메커니즘에 의해 InN 양자점이 추가로 생성된 것으로 설명할 수 있다. 이러한 InN 증착량에 따른 InN 양자점 성장거동을 표면에너지를 포함한 이론적인 모델을 통해 논의하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. 서론 1
• Chapter 2. 이론적 배경 9
• 2.1. 양자점 9
• 2.2. 양자구속효과 15
• 2.3. 양자점 성장 기술 18
• Chapter 3. 실험방법 21
• 3.1. 분자선 증착기를 이용한 InN 양자점 성장방법 21
• 3.2. 주사전자현미경 (SEM) 26
• 3.3. 광전자분광기 (XPS) 28
• 3.4. 투과전자현미경 (TEM) 30
• Chapter 4. 결과 및 고찰 32
• 4.1. 성장온도 변화에 따른 InN 양자점 핵 생성 특성 32
• 4.2. InN 증착량 변화에 따른 InN 양자점 핵 생성 특성 42
• Chapter 5. 결론 48
• References 51