화합물 반도체 중 사용되는 ZnO와 GaN은 육방정계 wurtzite 결정구조를 지닌 II-VI족과 III-V족 화합물 반도체로서 넓은 직접천이형 밴드 갭 (direct band gap)과 높은 화학적 안정성과 가지는 화합물 반도체이다. 우수한 전기 및 광학적 특성이 있어 LED (light emitting diode), LD (laser diode), 자외선 (UV, ultraviolet) 센서와 디스플레이 등의 많은 광전소자에서 응용 가능성이 매우 크다. 화합물 반도체 광소자의 광학적인 특성을 향상하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며 나노구조, 산화물-금속-산화물 다중 구조, 표면 플라즈몬 효과 등을 적용한 광소자에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 표면 플라즈몬 효과와 산화물-금속-산화물 구조가 동시에 적용된 ZnO 자외선 센서에 관한 연구는 거의 없고, 질화물계 발광 다이오드에서도 반극성 마이크로 구조의 LED에 표면 플라즈몬이 적용되어 광 특성을 향상되는 연구는 거의 존재하지 않는다. 따라서 본 연구에선 표면 플라즈몬 효과를 적용하여 광 특성을 향상시키기 위해 다양한 두께의 Ni층이 삽입된 ZnO/Ni/ZnO 자외선 센서를 제작하여 자외선 영역에서 Ni 두께에 따른 박막 특성과 광반응도를 분석하였다. 그 결과 자외선 영역에서 Ni 2 nm 박막을 포함하는 ZnO/Ni/ZnO 다중 구조의 흡수도 및 PL을 포함한 광학적 특성들이 향상됨을 확인하였다. 그러나 Ni 박막의 두께가 2 nm 보다 증가함에 따라 Ni과 산소의 결합에서 기인한 박막의 결함이 증가하고 투과도 및 광 흡수도가 55 % 이상 급격하게 감소함을 확인하였다. 또한, ZnO/ Ni/ZnO 구조 자외선 센서에서 Ni 이 2 nm일 때 광 응답도 및 외부 양자 효율의 경우 Ni이 포함되지 않은 ZnO 자외선 센서보다 20% 큰 값을 확인하여 Ni 이 포함된 ZnO/Ni/ZnO 자외선 센서의 효율을 향상할 수 있음을 확인하였다. 두 번째로 질화물계 발광 다이오드에서 표면플라즈몬 효과에 따른 광 반응도를 비교하였다. 두 번째로는 질화물계 발광 다이오드에서의 금속 박막의 종류에 따른 표면 플라즈몬 효과에 의한 광 특성 변화를 분석하였다. u-GaN, InGaN/GaN MQWs, GaN LED에 각각 Ag 및 Au 박막을 열 증착 장치를 통해 증착하여 금속 두께에 따른 표면 특성 및 광학적 특성을 확인하였다. 그 결과 Au 및 Ag 박막의 두께가 1nm 일 때 GaN/metal 계면에서 일어난 표면 플라즈몬 효과로 인하여 광출력을 포함한 photolumininescence (PL) 및 electroluminenscence (EL) 특성이 향상됨을 확인하였으며 습식 식각으로 형성된 반분극 마이크로 실린더 GaN LED 에서 Ag 및 Au 박막이 전극 하부에 삽입될 시 전기적인 특성은 오믹 접촉 특성 저하로 하락하나 광출력 및 발광 세기는 전극 하부에 증착된 금속과 GaN 계면에서 발생한 플라즈몬 현상에 의해 효율이 향상됨을 확인하였다.
따라서, 본 연구는 화합물 반도체에 얇은 금속 박막을 증착하여 표면 플라즈몬 효과를 적용하여 광학적인 특성 향상을 확인할 수 있었고 고효율 자외선 광센서 및 발광 다이오드의 제작에 큰 도움이 될 것으로 생각한다.