표제지
목차
국문 요약 10
1. 서론 12
2. 이론적 배경 및 연구 동향 13
2.1. 화합물 반도체의 특성 및 응용 분야 13
2.1.1. ZnO 광센서 원리 및 특성 15
2.1.2. GaN LED 특성 및 연구 동향 18
2.2. 표면 플라즈몬 효과 20
2.2.1. 표면 플라즈몬 효과 및 종류 20
2.2.2. 화합물 반도체에서의 표면 플라즈몬 효과 22
3. 실험 방법 25
3.1. 박막 성장기구 25
3.1.1. 원자층 증착 공정법 (Atomic Layer Deposition, ALD) 25
3.1.2. 유기금속 화학기상 증착법 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 27
3.2. 박막 특성 분석 장비 29
3.2.1. AFM (Atomic Force Microscope) 29
3.2.2. Photoluminescence (PL) & (Electroluminesence (EL) 31
3.2.3. UV-visible spectroscopy (UV-Vis) 33
4. 표면플라즈몬을 이용한 산화물 반도체 광센서에 대한 연구 34
4.1. ZnO 기반 산화물-금속-산화물 구조의 Ni 두께에 따른 박막 분석 34
4.1.1. 실험 방법 34
4.1.2. Ni/ZnO 및 ZnO/Ni/ZnO의 Ni 두께에 따른 표면 특성 분석 37
4.1.3. ZnO기반 산화물-금속-산화물 구조의 광투과도 분석 39
4.1.4. Ni 두께에 따른 ZnO 기반 산화물-금속-산화물구조의 흡수도 및 PL 분석 41
4.2. ZnO 기반 산화물-금속-산화물 다중 구조 광센서의 Ni 두께에 따른 광 반응 분석 45
4.2.1. Ni 두께에 따른 ZnO 기반 광센서의 광 여기 전류 분석 45
4.2.2. ZnO 및 ZnO/Ni/ZnO 광센서의 시간에 따른 광 반응도 분석 48
4.2.3. Ni 두께에 따른 ZnO 기반 광센서의 광 응답도 및 효율 분석 51
4.3. 결론 53
5. 질화물계 마이크로 실린더 LED의 표면 플라즈몬 효과에 대한 연구 54
5.1. GaN 기반 박막의 표면 플라즈몬 현상에 대한 연구 54
5.1.1. 실험 방법 54
5.1.2. u-GaN 박막에서의 표면 플라즈몬 특성 분석 58
5.1.3. InGaN/GaN MQWs 박막에서의 표면 플라즈몬 특성 분석 63
5.2. GaN LED에서의 표면 플라즈몬 특성 분석 68
5.2.1. GaN LED의 AFM을 통한 표면 특성 분석 68
5.2.2. GaN LED의 광학적 특성 분석 71
5.2.3. GaN LED의 L-I-V 특성 분석 78
5.2.3. 마이크로 실린더 LED에서의 특성 분석[내용없음] 5
5.3. 마이크로 실린더 LED 특성 분석 및 금속 박막에 따른 표면 플라즈몬 특성 분석 83
5.3.1. 습식 식각으로 제작된 마이크로 실린더 LED의 구조 분석 83
5.3.2. 습식 식각으로 제작된 마이크로 실린더 LED의 광학적 특성 분석 86
5.3.3. 습식 식각으로 제작된 마이크로 실린더 LED 배열의 L-I-V 특성 분석 88
5.3.4. 마이크로 실린더 LED에서의 금속 박막에 따른 표면 플라즈몬 특성 분석 91
5.4. 결론 97
6. 결론 98
참고문헌 99
Abstract 101
연구 성과 103
표 1. 화합물 반도체의 물리적 특성 14
표 4-1. ALD를 이용한 ZnO 박막의 성장 조건 36
표 4-2. ZnO 단일박막 및 ZnO/Ni/ZnO 광센서의 상승 시간 및... 50
그림 2-1. Wurzite ZnO 결정 구조 13
그림 2-2. 화합물 반도체 응용 분야 14
그림 2-3. 광이 조사되지 않은 상태 (a) 와 자외선이 조사된 상태 (b)... 17
그림 2-4. 극성 (a) 및 무극성 (b) GaN 의 분극현상에 의한 에너지 밴드... 19
그림 2-5. 마이크로 막대 LED 발광 이미지 19
그림 2-6. Surface plasmon polariton (a) 및 localized surface plasmon... 21
그림 2-7. 표면 플라즈몬 효과로 향상된 발광 및 수광 소자에서의 에너지... 23
그림 2-8. 금속 박막의 위치에 따라 표면 플라즈몬 효과에 의해 추출... 24
그림 3-1. ALD의 성장 단계별 기구 26
그림 3-2. 본연구에서 사용된 ALD 장비 26
그림 3-3. MOCVD 성장 단계별 기구 28
그림 3-4. 본 연구에서 사용된 나노 포커스사의 AFM 이미지 30
그림 3-5. 본연구에서 사용된 PL 시스템 (a) 및 시스템 개략도 (b) 32
그림 3-6. 입사된 빛에 의해 가전자대에서 전도대로 여기된 전자의... 32
그림 3-7. 본 연구에서 사용된 Thermoscientific사의 UV-Visible spectroscopy 33
그림 4-1. 성장한 ZnO 단일박막 (a) 및 ZnO/Ni/ZnO 구조 (b)의 모식도 35
그림 4-2. AFM을 이용한 Ni/ZnO 및 ZnO/Ni/ZnO의 Ni 두께에 따른... 38
그림 4-3. Glass 위에 증착된 ZnO/Ni/ZnO 다중 구조 사진 이미지 39
그림 4-4. Ni 두께에 따른 ZnO/Ni/ZnO 다중 구조의 투과도 스펙트럼... 40
그림 4-5. Ni/ZnO (a) 및 ZnO/Ni/ZnO (b) 다중 구조의 Ni 박막 두께에... 42
그림 4-6. Ni/ZnO (a) 및 ZnO/Ni/ZnO (b) 다중 구조의 Ni 박막 두께에... 43
그림 4-7. Ni/ZnO (a) 및 ZnO/Ni/ZnO (b) 다중 구조의 365 nm 자외선... 44
그림 4-8. 자외선 조사시, Ni 두께에 따른 ZnO 기반 M-S-M 구조... 46
그림 4-9. 자외선 조사시 ZnO와 ZnO/Ni/ZnO 구조 자외선 센서의 광... 47
그림 4-10. ZnO 단일박막 (a) 및 ZnO/Ni/ZnO 구조 (b) 광센서의 시간에... 49
그림 4-11. Ni 두께에 따른 ZnO/Ni/ZnO M-S-M 자외선 센서의... 52
그림 5-1. 금속 박막이 증착된 u-GaN (a), InGaN/GaN MQWs (b), GaN... 55
그림 5-2. 마이크로 실린더 LED 구조의 제작 공정에 대한 모식도 56
그림 5-3. 마이크로 실린더 LED 배열구조의 제작 공정에 대한 모식도 57
그림 5-4. Ag 및 Au 박막이 증착된 u-GaN 박막의 금속 두께에 따른... 59
그림 5-5. Au 및 Ag 박막이 증착된 u-GaN 박막의 금속 두께에 따른... 60
그림 5-6. Ag (a) 및 Au (b) 박막이 증착된 u-GaN 금속 두께에 따른 PL 특성 61
그림 5-7. Ag (a) 및 Au (b) 박막이 증착된 u-GaN 박막의 금속 두께에... 62
그림 5-8. Ag 및 Au 박막 두께에 따른 InGaN/MQWs AFM 표면이미지 65
그림 5-9. Au 및 Ag 박막 두께에 따른 InGaN/GaN MQWs 표면 거칠기 값 66
그림 5-10. 각기 다른 두께의 Ag (a) 및 Au (b) 이 증착된 InGaN/GaN... 67
그림 5-11. Au 및 Ag 박막이 증착된 GaN계 LED 표면 이미지들 69
그림 5-12. Au 및 Ag 박막이 증착된 GaN LED 표면 거칠기값 70
그림 5-13. GaN LED에서 Au 두께 0 nm (a), 1 nm (b), 2 nm (c) 및 Ag... 73
그림 5-14. Au 및 Ag 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 투과도 특성 74
그림 5-15. Ag (a) 및 Au (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 EL 스펙트럼 75
그림 5-16. Ag (a) 및 Au (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 PL 스펙트럼 76
그림 5-17. Ag (a) 및 Au (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 EL 및 PL... 77
그림 5-18. Au (a) 및 Ag (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED 의 I-V 곡선 80
그림 5-19. Au (a) 및 Ag (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 I-L 곡선 81
그림 5-20. Au (a) 및 Ag (b) 박막 두께에 따른 GaN계 LED의 광출력 특성 82
그림 5-21. 마이크로 실린더의 직경이 5에서 40 μm로 변화된 반분극... 83
그림 5-22. 마이크로 실린더 LED의 LED Mesa 200 μm부터 MC 5 μm 의... 85
그림 5-23. 마이크로 실린더 LED의 LED 크기별 EL 특성 86
그림 5-24. Mesa 200 μm부터 MC 5 μm의 마이크로 실린더 LED의 LED... 87
그림 5-25. 마이크로 실린더 LED 배열의 LED 개수별 발광 이미지 89
그림 5-26. 50 μm x 50 μm 면적의 마이크로 실린더 어레이 구조에서 10... 90
그림 5-27. Ag (a) 및 Au (b) 박막이 증착된 마이크로 실린더 LED의 I-V 곡선 93
그림 5-28. Ag (a) 및 Au (b) 박막이 증착된 마이크로 실린더 LED의 I-L 곡선 94
그림 5-29. 금속이 증착되지 않은 마이크로 실린더 LED (a), 1nm... 95
그림 5-30. Ag (a) 및 Au (b) 박막에 따른 마이크로 실린더의 EL... 96