Investigation of the influence of substrate surface on the ZnO nanostructures growth

기판 표면의 영향에 의한 ZnO 나노 구조 성장에 관한 연구

The effect of substrate surface to the formation of ZnO nanostructures has been investigated using Si (111), $Al_2O_3$(C-plane) $Al_2O_3$(A-plane), and $Al_2O_3$(R-plane) substrates. The growth temperature was controlled from 500$^{\circ}C$ ${\sim}$ 600$^{\circ}C$, and the luminescence properties were investigated by a series of photoluminescence (PL) measurements at the elevating temperatures. ZnO nanostructures grown on Si substrate show strong UV emission intensity along with green emission positioned at 3.22 eV and 2.5 eV, respectively. However, green emission was not observed from the ZnO nanostructures grown on $Al_2O_3$ substrates. It is explained in terms of the difference of the surface energy between Si and $Al_2O_3$. Also, the origin of UV emissions has been discussed by using the temperature-dependent PL. The distinction of the PL spectra is interpreted in terms of the difference of the impurity included in the nanostructures.

ZnO 나노 구조의 형성 시 기판 표면에 의한 영향을 알아보기 위하여, Si(111) 기판과 $Al_2O_3$C (0111)면, A (0112)면, R (2110)면의 기판을 사용하여 나노 구조를 형성시키고 광학적 특성의 변화를 관찰하였다. ZnO 나노 구조는 대기 중에서 수평형 성장로를 이용하였고, 무촉매법으로 Zn 소스만을 사용하여 성장시켰다. 기판의 온도는 500$^{\circ}C$ ${\sim}$ 600$^{\circ}C$로 설정하였고, 성장된 나노 구조는 He-Cd laser (325nm)를 이용하여 10 K에서 300K까지 온도를 변화시키면서 발광 특성의 변화를 분석하였다. 상온에서 측정한 Photoluminescence (PL) 결과로부터, Si과 $Al_2O_3$ 기판에서 각각 384nm, 391 nm의 UV 발광이 관찰되었다. Si 기판에서는 산소 결핍형 결함에 의한 것으로 판단되는 녹색 발광이 관찰되었지만 $Al_2O_3$ 기판에서는 녹색 발광이 관찰되지 않았다. 그리고 온도 변화에 따른 PL 측정 결과 Si과 $Al_2O_3$ 기판에서의 UV 발광 피크의 기원이 다름을 확인할 수 있었다. 이러한 발광 특성의 차이는 기판의 표면 에너지 차이가 나노 구조의 성장 매커니즘에 영향을 주어 발생한 것으로 생각된다.