KR101595097B1 - Method for manufacturing a nanowire structure with pyramidal quantum dot - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조방법은, (a) 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; 및 (c) 수직형 나노와이어 형태로 성장된 상기 제1 도전형 반도체 상에 Ⅴ족 전구체를 연속적으로 공급하되 Ⅲ족 전구체는 펄스 방식으로 공급함으로써 양자점을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) providing a substrate; (b) growing a first conductivity type semiconductor on the substrate; And (c) continuously supplying a Group V precursor to the first conductivity type semiconductor grown in the form of a vertical nanowire, wherein the Group III precursor is supplied in a pulsed manner to form quantum dots.
Description
본 발명은 양자점을 구비하는 나노선 구조체의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 피라미드 형태의 양자점을 구비하는 나노선 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nanowire structure having quantum dots, and more particularly, to a method of manufacturing a nanowire structure having a quantum dot in the form of a pyramid.
LED(light emitting diode)나 LD(laser diode)와 같은 반도체 발광소자 또는 솔라 셀(Solar cell)과 같은 소자에는 나노선 구조체가 적용될 수 있다.A nanowire structure may be applied to an element such as a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) or a solar cell.
이러한 나노선 구조체를 제조함에 있어서, 반도체 발광소자의 발광효율 또는 솔라 셀의 수광 효율을 높이기 위한 방안으로 나노선의 표면에 양자점을 형성하는 방법이 널리 이용되고 있다.In order to increase the luminous efficiency of the semiconductor light emitting device or the light receiving efficiency of the solar cell in manufacturing such a nanowire structure, a method of forming a quantum dot on the surface of the nanowire has been widely used.
이처럼, 나노선 구조체가 발광소자 또는 솔라 셀 등에 응용되었을 때, 해당 소자의 효율을 높이기 위한 방안으로 적용되는 양자점에 대한 연구를 통해 해당 기술분야의 발전을 도모할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.When a nanowire structure is applied to a light emitting device or a solar cell, there is a need to develop the technology field by studying quantum dots applied as a method for increasing the efficiency of the device.
본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점에 대한 인식을 바탕으로 하여 안출된 것으로서, 발광소자나 솔라 셀 등의 반도체 소자에 적용되었을 때 기존의 나노선 구조체와 비교하여 더 우수한 효율을 제공할 수 있는 나노선 구조체를 제작하는 방법에 대해서 제시하는 것을 일 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a nanowire structure capable of providing higher efficiency compared with a conventional nanowire structure when applied to a semiconductor device such as a light emitting device or a solar cell. The purpose of this paper is to propose a method for constructing a route structure.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other technical subjects not mentioned above can be understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
본 발명자들은 상술한 바와 같은 기술분야 발전의 필요성을 인지하여 연구를 거듭하였으며, 양자점의 형성 밀도 증가 및/또는 양자점의 형상 조절 등을 통해 보다 진보한 효율을 나타내는 나노선 구조체를 제작할 수 있음을 알아내기에 이르렀다.The inventors of the present invention have been aware of the necessity of development of the technical field as described above and have studied repeatedly and found that a nanowire structure exhibiting more advanced efficiency can be manufactured by increasing the formation density of the quantum dots and / I reached a bet.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조방법은, (a) 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; 및 (c) 수직형 나노와이어 형태로 성장된 상기 제1 도전형 반도체 상에 Ⅴ족 전구체를 연속적으로 공급하되 Ⅲ족 전구체는 펄스 방식으로 공급함으로써 양자점을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanowire structure, including: (a) providing a substrate; (b) growing a first conductivity type semiconductor on the substrate; And (c) continuously supplying a Group V precursor to the first conductivity type semiconductor grown in the form of a vertical nanowire, wherein the Group III precursor is supplied in a pulsed manner to form quantum dots.
상기 (a)단계는, Si로 이루어진 기판을 마련하는 단계일 수 있다.The step (a) may be a step of providing a substrate made of Si.
상기 (b)단계는, (b1) 상기 기판 상에 금속 촉매 층을 형성시키는 단계; (b2) 상기 금속 촉매 층을 어닐링 하여 나노 드롭렛을 형성하는 단계; 및 (b3) 상기 나노 드롭렛을 시드로 하여 기판과 수직한 방향을 따라 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.The step (b) may include: (b1) forming a metal catalyst layer on the substrate; (b2) annealing the metal catalyst layer to form a nano droplet; And (b3) growing the first conductivity type semiconductor in a direction perpendicular to the substrate using the nano droplet as a seed.
상기 (b1)단계는, Au, Ni, Ag, Pt, Cu 및 Cu를 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어진 박막을 상기 기판 상에 증착시키는 단계일 수 있다.The step (b1) may be a step of depositing a thin film made of a metal selected from the group including Au, Ni, Ag, Pt, Cu and Cu on the substrate.
상기 (b2)단계는, 400℃ 내지 700℃ 의 온도에서 어닐링을 수행하는 단계일 수 있다.The step (b2) may be a step of performing annealing at a temperature of 400 ° C to 700 ° C.
상기 (b3)단계는, n-타입 GaN 나노선을 성장시키는 단계일 수 있다.The step (b3) may be a step of growing n-type GaN nanowires.
상기 (b3)단계는, n-타입 GaN 나노선을 만들기 위해 GaN 나노선이 성장하는 동안에 SiH4를 이용하여 Si를 주입하는 단계일 수 있다.The step (b3) may be a step of injecting Si using SiH 4 while the GaN nanowire is grown to make the n-type GaN nanowire.
상기 (b3)단계는, 850℃ 내지 980℃의 온도 범위 및 400torr 내지 600torr의 압력 범위에서 수행될 수 있다.The step (b3) may be performed at a temperature ranging from 850 캜 to 980 캜 and a pressure ranging from 400 torr to 600 torr.
상기 Ⅲ족 전구체로서 TMIn을 이용하고 상기 Ⅴ족 전구체로서 NH3를 이용함으로써 InN으로 이루어진 양자점을 형성하는 단계일 수 있다.And forming quantum dots made of InN by using TMIn as the Group III precursor and NH 3 as the Group V precursor.
상기 (C)단계는, 450℃ 내지 550℃ 에서 상기 양자점을 성장시키는 단계에 해당할 수 있다.The step (C) may correspond to a step of growing the quantum dot at 450 ° C to 550 ° C.
상기 (c)단계는, 부피를 기준으로 한 Ⅴ족 전구체의 공급량/Ⅲ족 전구체의 공급량의 비가 1250 이상이 되도록 Ⅲ족 전구체 및 Ⅴ족 전구체를 공급하는 단계일 수 있다.The step (c) may be a step of supplying a Group III precursor and a Group V precursor such that the ratio of the supply amount of the Group V precursor / the supply amount of the Group III precursor based on the volume is 1250 or more.
상기 (c)단계는, 상기 양자점을 P-타입 도핑하여 상기 양자점이 피라미드 형태를 갖추도록 하기 위해 Ⅱ족 억셉터를 공급하는 단계일 수 있다.The step (c) may be a step of supplying a Group II acceptor to P-type doping the quantum dots to make the quantum dots have a pyramid shape.
상기 (c)단계는, 상기 Ⅱ족 억셉터로서 Mg 또는 Zn 을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.The step (c) may comprise applying Mg or Zn as the Group II acceptor.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전구체의 투입 방식의 조절과 같은 간단한 프로세스에 의해 양자점의 수율을 현저히 상승시킬 수 있고, 이로써 전자와 홀의 결합율을 향상시켜 발광 소자 및/또는 솔라 셀에 있어서 발광 및/또는 수광 효율을 상승시킬 수 있게 된다.According to one aspect of the present invention, the yield of quantum dots can be remarkably increased by a simple process such as control of the method of injecting the precursor, thereby improving the coupling ratio between electrons and holes, And / or the light receiving efficiency can be increased.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 양자점이 피라미드 형상을 가짐으로써 발광 소자 및/또는 솔라 셀에 있어서 발광 및/또는 수광 효율을 상승시킬 수 있게 된다.According to another aspect of the present invention, since the quantum dots have a pyramid shape, light emission and / or light receiving efficiency can be increased in the light emitting device and / or the solar cell.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 도전형 반도체 상에 양자점을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 공정에 의해 제1 도전형 반도체 상에 양자점이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 양자점을 형성하는 공정에 있어서 Ⅲ족 전구체를 공급하는 시간의 조절에 따른 양자점의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 양자점을 형성하는 공정에 있어서 펄스의 반복 횟수에 따른 양자점의 형성 개수 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 11은 Ⅲ족 전구체의 공급 횟수 및 공급 시간에 따른 양자점의 형성 밀도 변화와 크기 변화를 나타내는 현미경 사진이다.
도 12는 양자점을 형성함에 있어서 n-type 도핑 혹은 도핑을 하지 않은 경우에 있어서 양자점 형성 결과를 보여주는 현미경 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are views showing a process of growing a first conductivity type semiconductor on a substrate.
5 is a view showing a step of forming quantum dots on the first conductivity type semiconductor.
FIG. 6 is a view showing a state where quantum dots are formed on the first conductivity type semiconductor by the process according to FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a graph showing a change in the size of the quantum dots according to the adjustment of the supply time of the Group III precursor in the step of forming quantum dots.
8 is a graph showing a change in the number of quantum dots formed according to the repetition number of pulses in the step of forming quantum dots.
FIGS. 9 to 11 are photomicrographs showing changes in density and size of the quantum dots according to the number of times of supply and the supply time of the Group III precursor.
12 is a micrograph showing the results of quantum dot formation in the case where n-type doping or doping is not performed in forming quantum dots.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조 방법을 간략히 설명하기로 한다.First, a method of manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIG.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조 방법은 (a) 기판을 마련하는 단계, (b) 마련된 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계 및 (c) 성장된 제1 도전형 반도체 상에 양자점을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a nanowire structure according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a) providing a substrate, (b) growing a first conductivity type semiconductor on the substrate, and (c) And forming quantum dots on the first conductivity type semiconductor.
다음은, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조 방법을 이루는 각 공정 단계에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Next, referring to FIGS. 2 to 6, each step of the method for fabricating a nanowire structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2 내지 도 4는 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이고, 도 5는 제1 도전형 반도체 상에 양자점을 형성하는 공정을 나타내는 도면이며, 도 6은 도 5에 따른 공정에 의해 제1 도전형 반도체 상에 양자점이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.FIGS. 2 to 4 are views showing a step of growing a first conductivity type semiconductor on a substrate, FIG. 5 is a view showing a step of forming quantum dots on a first conductivity type semiconductor, FIG. 6 is a cross- In which quantum dots are formed on the first conductivity type semiconductor.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 (b)단계, 즉 제1 도전형 반도체(20)를 성장시키는 공정은, (b1) 금속 촉매 층(F)을 형성시키는 단계, (b2) 나노 드롭렛(D)을 형성시키는 단계 및 (b3) 제1 도전형 반도체(20)를 성장시키는 단계를 포함한다.Referring to FIGS. 2 to 4, the step (b) of growing the first
도 2를 참조하면, 상기 (b1)단계는, 예를 들어 GaN으로 이루어지는 나노선을 기판(10) 상에서 대략 수직한 방향을 따라 성장 시키기 위해 금속 촉매법을 이용하고자 하는 경우에 요구되는 준비 단계이다. 금속 촉매법에 이용되는 촉매 금속으로는 Au, Ni, Ag, Pt, Cu, Fe 등 다양한 금속이 이용될 수 있으며, 본 발명에서는 예를 들어 Au를 촉매 금속으로 이용할 수 있다.Referring to FIG. 2, the step (b1) is a preparation step required when a metal catalyst method is used to grow a nanowire made of, for example, GaN along a direction substantially perpendicular to the
이러한 촉매 금속은 DC 스퍼터링에 의해 기판(10) 상에 증착됨으로써 하나의 촉매 금속 층(F)을 이룰 수 있다. 여기서, 이용되는 기판(10)은 Si 기판이 이용될 수 있으며, 결정의 성장 방향과 관련해서는, 예를 들어 (111) 기판이 이용될 수 있다.This catalytic metal may be deposited on the
상기 촉매 금속 층(F)의 증착 두께는 대략 1nm 내지 30nm(증착 시간: 대략 10초 내지 300초)로 다양하게 형성될 수 있다. 이러한 촉매 금속 층(F)의 증착 시간에 따른 두께는 이 후에 성장되는 나노 드롭렛(D)의 크기를 결정하게 되고, 이렇게 결정된 나노 드롭렛(D)의 크기는 제1 도전형 반도체(20)의 직경, 즉 나노선의 직경에 큰 영향을 미치게 된다.The deposition thickness of the catalytic metal layer (F) may be variously formed to approximately 1 nm to 30 nm (deposition time: approximately 10 seconds to 300 seconds). The thickness of the catalyst metal layer F according to the deposition time determines the size of the nano droplet D to be grown thereafter. The size of the nano droplet D thus determined is determined by the thickness of the first
도 3을 참조하면, 상기 (b2)단계는, 제1 도전형 반도체(20)의 성장을 위한 시드(seed)를 형성시키는 어닐링(annealing) 단계이다. 이 단계에서는, 촉매 금속 층(F)을 어닐링 함으로써 대략 반구 형상의 나노 드롭렛(D)을 형성하게 되고, 어닐링의 온도 조건(대략 400℃ 내지 700℃)에 따라 드롭렛(D)의 크기가 결정된다.Referring to FIG. 3, step (b2) is an annealing step for forming a seed for growth of the first
상기 드롭렛(D)의 사이즈를 조절하기 위해 수소 분위기 하에서 대략 650℃의 온도를 대략 10분간 유지하였을 경우 금속 촉매 층(F)의 두께에 비례하여 드롭렛(D)의 직경이 증가하게 된다. 즉, 이러한 조건을 유지할 때, 상기 촉매 금속 층(F)의 두께가 각각 1nm, 5nm, 10nm, 20nm, 30nm 인 경우 드롭렛(D)의 직경은 각각 10nm, 50nm, 100nm, 200nm, 300nm 로 형성된다.When the temperature of the droplet D is maintained at about 650 ° C. for about 10 minutes under a hydrogen atmosphere to adjust the size of the droplet D, the diameter of the droplet D increases in proportion to the thickness of the metal catalyst layer F. That is, when these conditions are maintained, when the thickness of the catalytic metal layer F is 1 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, and 30 nm, the diameter of the droplet D is 10 nm, 50 nm, 100 nm, 200 nm, do.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 상기 기판(10)과 제1 도전형 반도체(20)는 n-타입 도전형 반도체의 성질을 갖는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.In the description of the present invention, the
도 4를 참조하면, 상기 (b3)단계는, (b2)단계에서 형성된 나노 드롭렛(D)을 시드로 하여 기판(10)과 대략 수직한 방향으로 제1 도전형 반도체(20)를 성장시키는 단계이다. 여기서, 상기 제1 도전형 반도체(20)는 n-타입 GaN으로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 나노 드롭렛(D)의 성장 단계에 의해 조절된 드롭렛의 사이즈에 따라 두께가 일정하고 성장 길이가 비슷한 수직성을 가진 적어도 하나의 GaN 나노선(20)이 성장될 수 있다.Referring to FIG. 4, step (b3) may include growing the first
여기서, N-타입 GaN을 형성하기 위해, SiH4를 이용하여 제1 도전형 반도체(20)의 성장 동안에 Si를 주입할 수 있다. 이 때의 성장 조건은, 온도는 대략 850℃ 내지 980℃이고, 압력은 대략 400torr 내지 600torr 이다. 성장된 제1 도전형 반도체(20)의 두께는 촉매 금속 필름(F)의 두께에 의해 컨트롤 되는 나노 드롭렛(D)의 크기에 의존하게 되고, 그 길이는 성장 시간에 비례하여 증가하게 된다.Here, in order to form N-type GaN, Si can be injected during the growth of the first
다음은, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 나노선의 형태로 성장된 제1 도전형 반도체(20) 상에 양자점(Q)을 형성하는 공정에 대해서 설명하기로 한다.Next, a process of forming the quantum dot Q on the first
도 5는 제1 도전형 반도체 상에 양자점을 형성하는 공정을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5에 따른 공정에 의해 제1 도전형 반도체 상에 양자점이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing a step of forming a quantum dot on the first conductivity type semiconductor, and FIG. 6 is a diagram showing a state in which quantum dots are formed on the first conductivity type semiconductor by the process according to FIG.
도 5를 참조하면, 상기 (c)단계는, 수직형 나노선의 형태로 성장된 제1 도전형 반도체(20) 상에 양자점(Q)을 형성하는 단계로서, 예를 들어 InN으로 이루어지는 양자점(Q)을 형성하는 단계이다.Referring to FIG. 5, the step (c) includes forming quantum dots Q on the first
상기 양자점(Q)은 GaN 나노선의 성장 온도보다 낮은 대략 450℃ 내지 550℃ 정도의 온도에 성장되며, Ⅲ족 전구체에 해당하는 TMIn(Trimethylindium) 및 Ⅴ족 전구체에 해당하는 NH3를 동시에 공급함으로써 형성될 수 있는데, 여기서 Ⅲ족 전구체는 In을 공급하기 위한 소스에 해당하는 것이고, Ⅴ족 전구체는 N을 공급하기 위한 소스에 해당하는 것이다.The quantum dots Q are grown at a temperature of about 450 ° C to 550 ° C, which is lower than the growth temperature of GaN nanowires, and are formed by simultaneously supplying TMIn (Trimethylindium) corresponding to a Group III precursor and NH 3 corresponding to a Group V precursor Where the Group III precursor corresponds to the source for supplying In, and the Group V precursor corresponds to the source for supplying N.
한편, 본 발명에서는 양자점(Q)의 효율적인 형성을 위해 Ⅴ족 전구체를 연속적으로 공급하는 과정에서 Ⅲ족 전구체는 펄스 방식으로, 즉 일정 주기로 공급 및 공급 중지를 반복하는 방식으로 공급하는 방식을 채택하고 있다.In the present invention, in order to efficiently form the quantum dots Q, the group III precursor is supplied in a pulsed manner, that is, in a manner of repeatedly supplying and stopping the supply of the group III precursors at regular intervals have.
이러한 전구체 공급 방식은, In의 녹는점이 429.75K에 불과하여 InN 으로 이루어진 양자점(Q)의 형성이 낮은 온도에서만 가능하고 이러한 낮은 온도는 Ⅴ족 전구체인 NH3의 분해율을 상대적으로 떨어지게 만들기 때문에 N의 공급율이 In의 공급율에 비해 상대적으로 떨어질 수 있다는 점을 고려한 것이다.This precursor supply method has a melting point of In of only 429.75 K, so formation of a quantum dot (Q) made of InN is possible only at a low temperature, and since such a low temperature makes the decomposition rate of NH 3 , which is a group V precursor, relatively low, The supply rate may be relatively lower than the supply rate of In.
즉, In의 공급이 N의 공급에 비해 과다한 경우 InN의 성장이 이루어지지 않고, 단지 In 드롭렛이 형성되는데 그치게 되므로 원하는 양자점(Q)의 형성이 정상적으로 이루어질 수 없게 되는데, In의 공급 소스에 해당하는 Ⅲ족 전구체를 펄스 방식으로 공급함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있는 것이다.That is, when the supply of In is excessively larger than the supply of N, InN does not grow and only the In droplet is formed. Therefore, the formation of the desired quantum point Q can not be normally performed. Group III precursor in a pulsed manner to solve this problem.
도 7 및 도 8에 도시된 그래프를 참조하면, 이러한 Ⅲ족 전구체의 펄스 공급에 있어서, TMIn의 공급 시간을 조절함으로써 InN 양자점(Q)의 크기를 조절 할 수 있고, 펄스 반복 횟수를 늘림으로써 양자점(Q)의 밀도 역시 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to the graphs shown in FIGS. 7 and 8, it is possible to control the size of the InN quantum dot Q by controlling the supply time of the TMIn in the pulse supply of the Group III precursor, and by increasing the number of pulse repetition, (Q) can also be adjusted.
본 발명의 실험예에서는 예시적으로 Ⅴ족 전구체의 공급량(sccm)/Ⅲ족 전구체의 공급량(sccm)의 비가 대략 1250 정도(Ⅴ족 전구체 5000sccm : Ⅲ족 전구체 4sccm)에 해당하도록 전구체를 공급하였으나, Ⅲ족 전구체의 공급 시간이나 펄스 반복 횟수 등의 조절에 따라 Ⅴ족 전구체의 공급량(sccm)/Ⅲ족 전구체의 공급량(sccm)의 비는 이보다 큰 값으로 형성될 수 있으며, 이로써 NH3의 분해 속도가 매우 느린 낮은 온도에서도 양자점(Q)을 원활하게 성장시킬 수 있다.In the experimental example of the present invention, the precursor was supplied so that the ratio of the supply amount of the Group V precursor (sccm) / the supply amount of the Group III precursor (sccm) is approximately 1250 (5000 sec of the Group V precursor: 4 sccm of the Group III precursor) feed rate of ⅲ group ⅴ group in accordance with the control, such as the supply time and pulse repetition frequency of the precursor precursor (sccm) / ⅲ group ratio of the supply amount (sccm) of the precursor may be formed in than a value, and thereby the decomposition rate of NH 3 The quantum dot Q can be smoothly grown even at a low temperature which is very low.
한편, 상기 (c)단계는, 양자점(Q)의 형성 과정에서 양자점(Q)이 피라미드 형태를 갖추도록 하기 위해 Mg 또는 Zn 등의 Ⅱ족 억셉터로 p-타입 도핑을 하는 공정을 포함할 수 있다.The step (c) may include a step of performing p-type doping with a group II acceptor such as Mg or Zn so that the quantum dots Q have a pyramid shape in the process of forming the quantum dots Q. have.
이와 같은 공정에 따라, 피라미드 형태를 갖춘 양자점(Q)은 나노선 구조체를 발광 소자 또는 솔라 셀에 적용하였을 때, 발광 혹은 수광의 효율을 높여줄 수 있게 되는데, 이는 일반적으로 LED나 솔라 셀의 상단 부분을 피라미드 형태로 제작하여 빛의 추출이나 트랩핑에 응용하는 방식과 같은 이치에 해당하는 것이다.According to such a process, when a nanowire structure is applied to a light emitting device or a solar cell, the quantum dot (Q) having a pyramidal shape can increase the efficiency of light emission or light reception, This is equivalent to the way in which a part is made into a pyramid shape and applied to light extraction or trapping.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 나노선 구조체의 제조 방법에 따라 Ⅴ족 전구체를 지속적으로 공급하면서 Ⅲ족 전구체를 펄스 공급하되, Ⅱ족 억셉터를 함께 공급하여 P-타입으로 도핑시킴으로써 피라미드 형상을 갖는 양자점(Q)이 나노선 표면에 형성된 모습을 볼 수 있다.9 to 11, according to the present invention, a Group III precursor is continuously supplied while a Group III precursor is continuously supplied, and a Group II acceptor is supplied together to form a dopant in a P- And a quantum dot (Q) having a pyramidal shape is formed on the surface of the nanowire.
도 9 내지 도 11에 나타난 양자점(Q)의 사이즈 및 형성밀도가 다른 것은 각 전구체의 공급 시간, 공급 주기 등을 변화시킴으로써 얻어낸 결과에 해당한다.The sizes and the formation densities of the quantum dots Q shown in Figs. 9 to 11 are different from those obtained by changing the supply time and supply period of each precursor.
한편, 도 12를 참조하면, 나노선 상에 형성된 양자점을 n-타입으로 도핑하거나 혹은 도핑하지 않았을 때의 결과를 볼 수 있는데, 도 9 내지 도11에 도시된 것과는 대조적으로 양자점이 피라미드 형상을 갖지 못하고 구형상으로 나노선 주변에 마치 물방울처럼 달려 있는 것을 볼 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 12, it can be seen that the quantum dots formed on the nanowire are not doped or doped n-type. In contrast to those shown in FIGS. 9 to 11, the quantum dots have a pyramid shape It can be seen that it hangs like a droplet around the nanowire in a spherical shape.
이로써, Ⅱ족 억셉터를 이용한 p-타입 도핑은 InN 양자점을 결정화 시킴과 동시에 피라미드 형태를 갖출 수 있도록 하는 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the p-type doping using the Group II acceptor plays an important role in crystallizing the InN quantum dot and at the same time providing the pyramid shape.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노선 구조체의 제조 방법에 따르면, 양자점의 성장이 비교적 저온에서 일어남에 따라 발생될 수 있는 NH3의 분해율 감소에도 불구하고 In과 N의 공급 비율을 맞춤으로써 InN 양자점이 잘 성장될 수 있을 뿐만 아니라, 양자점이 피라미드 형상을 가짐으로써 발광소자나 솔라 셀 등에 적용하였을 때 발광/수광 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.As described above, according to the method of fabricating the nanowire structure according to an embodiment of the present invention, despite the decrease in the decomposition rate of NH 3 that can be generated as the growth of the quantum dot occurs at a relatively low temperature, The InN quantum dots can be well grown and the quantum dots have a pyramid shape so that the light emitting / receiving efficiency can be further improved when the light emitting device or the solar cell is applied to the device.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
10: 기판 F: 촉매 금속 층
D: 나노 드롭렛 20: 제1 도전형 반도체
Q: 양자점10: substrate F: catalytic metal layer
D: nano droplet 20: first conductivity type semiconductor
Q: The quantum dot
Claims (13)
(b) 상기 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; 및
(c) 수직형 나노와이어 형태로 성장된 상기 제1 도전형 반도체 상에 Ⅴ족 전구체를 연속적으로 공급하되 Ⅲ족 전구체는 펄스 방식으로 공급함으로써 양자점을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 (c)단계는,
상기 양자점을 P-타입 도핑하여 상기 양자점이 피라미드 형태를 갖추도록 하기 위해 Ⅱ족 억셉터를 공급하는 단계를 포함하는 나노선 구조체의 제조 방법.(a) providing a substrate;
(b) growing a first conductivity type semiconductor on the substrate; And
(c) continuously supplying a Group V precursor to the first conductivity type semiconductor grown in the form of a vertical nanowire, and forming a quantum dot by supplying the Group III precursor in a pulsed manner,
The step (c)
Providing a Group II acceptor to P-type doping the quantum dots to provide the quantum dots in a pyramid shape.
상기 (a)단계는,
Si로 이루어진 기판을 마련하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (a)
Wherein the step of preparing the nanowire structure comprises the step of providing a substrate made of Si.
상기 (b)단계는,
(b1) 상기 기판 상에 금속 촉매 층을 형성시키는 단계;
(b2) 상기 금속 촉매 층을 어닐링 하여 나노 드롭렛을 형성하는 단계; 및
(b3) 상기 나노 드롭렛을 시드로 하여 기판과 수직한 방향을 따라 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (b)
(b1) forming a metal catalyst layer on the substrate;
(b2) annealing the metal catalyst layer to form a nano droplet; And
(b3) growing the first conductivity type semiconductor in a direction perpendicular to the substrate using the nano droplets as seeds.
상기 (b1)단계는,
Au, Ni, Ag, Pt, Cu 및 Cu를 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어진 박막을 상기 기판 상에 증착시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method of claim 3,
The step (b1)
And depositing a thin film made of a metal selected from the group consisting of Au, Ni, Ag, Pt, Cu and Cu on the substrate.
상기 (b2)단계는,
400℃ 내지 700℃ 의 온도에서 어닐링을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method of claim 3,
The step (b2)
Wherein the annealing is performed at a temperature of 400 ° C to 700 ° C.
상기 (b3)단계는,
n-타입 GaN 나노선을 성장시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method of claim 3,
The step (b3)
and growing n-type GaN nanowires.
상기 (b3)단계는,
n-타입 GaN 나노선을 만들기 위해 GaN 나노선이 성장하는 동안에 SiH4를 이용하여 Si를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 6,
The step (b3)
and injecting Si using SiH 4 during the growth of the GaN nanowire to form the n-type GaN nanowire.
상기 (b3)단계는,
850℃ 내지 980℃의 온도 범위 및 400torr 내지 600torr의 압력 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 6,
The step (b3)
Lt; RTI ID = 0.0 > 850 C < / RTI > to 980 C and a pressure ranging from 400 torr to 600 torr.
상기 (c)단계는,
상기 Ⅲ족 전구체로서 TMIn을 이용하고 상기 Ⅴ족 전구체로서 NH3를 이용함으로써 InN으로 이루어진 양자점을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (c)
And forming quantum dots made of InN by using TMIn as the Group III precursor and NH 3 as the Group V precursor.
상기 (C)단계는,
450℃ 내지 550℃ 에서 상기 양자점을 성장시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (C)
And growing the quantum dots at a temperature of 450 ° C to 550 ° C.
상기 (c)단계는,
부피를 기준으로 한 Ⅴ족 전구체의 공급량/Ⅲ족 전구체의 공급량의 비가 1250 이상인 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (c)
Wherein the ratio of the supply amount of the Group V precursor / the supply amount of the Group III precursor based on the volume is 1250 or more.
상기 (c)단계는,
상기 Ⅱ족 억셉터로서 Mg 또는 Zn 을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노선 구조체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (c)
And applying Mg or Zn as the Group II acceptor. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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