KR101433895B1 - Method of manufacturing nanowires - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 나노와이어 제조 방법은, (a) 기판 상에 촉매 금속 층을 형성하는 단계; (b) 상기 촉매 금속 층 상에 갈륨 층을 형성하는 단계; (c) 상기 촉매 금속 층 및 갈륨 층을 열처리 하여 상기 촉매 금속 및 갈륨을 함유하는 합금 액적을 형성하는 단계; (d) 상기 합금 액적에 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 제1 온도 조건에서 GaN 시드를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 GaN 시드에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건에서 GaN 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판 상에서 뭉침 현상 없이 충분한 길이로 성장된 나노와이어를 얻을 수 있다.A nanowire manufacturing method according to the present invention comprises the steps of: (a) forming a catalytic metal layer on a substrate; (b) forming a gallium layer on the catalyst metal layer; (c) heat treating the catalytic metal layer and the gallium layer to form an alloy droplet containing the catalytic metal and gallium; (d) forming a GaN seed at a first temperature condition while supplying a precursor of gallium and a precursor of nitrogen to the alloy droplet; And (e) growing the GaN nanowire under a second temperature condition that is higher than the first temperature while supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the GaN seed.
According to the present invention, it is possible to obtain a nanowire grown on a substrate to a sufficient length without aggregation.
Description
본 발명은 나노와이어 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 서로 다른 온도에서 이루어지는 성장 단계를 포함함으로써 뭉침 현상 없이 기판 상에서 충분한 길이로 성장된 나노와이어를 얻을 수 있는 나노와이어 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nanowire manufacturing method, and more particularly, to a nanowire manufacturing method capable of obtaining a nanowire grown to a sufficient length on a substrate without involving aggregation by including a growing step at different temperatures.
발광 소자나 광전자 소자 등에서 요구되는 다색화나 데이터 밀도 향상과 관련하여 청색광 ~ 자외선광 영역의 파장을 갖는 발광 다이오드와 레이저 다이오드(Laser diode)의 개발이 요구되고 있다.Development of light emitting diodes and laser diodes having a wavelength range of blue light to ultraviolet light region has been demanded in connection with improvement of multi-coloring and data density required for light emitting devices and optoelectronic devices.
갈륨나이트라이드(GaN)는 직접 천이형 밴드갭(direct bandgap) 반도체이며, 밴드갭이 대략 3.45eV로 비교적 크기 때문에 청색과 자외선 발광 소자를 개발하는데 많이 사용하고 있다. 그러나, 기존의 박막(Thin film)을 기본으로 하는 GaN 발광 소자는 그 크기가 마이크로미터 이상이기 때문에 점점 미세화되어 가는 발광 소자에 적용하는데 한계가 있다.Gallium nitride (GaN) is a direct bandgap semiconductor, and its band gap is relatively large at about 3.45 eV, so it is widely used to develop blue and ultraviolet light emitting devices. However, since the conventional GaN light emitting device based on a thin film has a size of more than a micrometer, it is limited to be applied to a light emitting device which becomes finer and smaller.
특히, 박막형 소자의 경우 제조과정에서 기판과 GaN 박막 사이의 격자 상수 차이에 의해 응력이 발생하고, 이 응력을 완화하기 위해 전위(dislocation)와 같은 결함들이 발생하면서 광 특성이 열화되는 치명적인 단점을 갖고 있다.Particularly, in the case of a thin-film device, a stress is generated due to a difference in lattice constant between the substrate and the GaN film during fabrication, and defects such as dislocation occur to mitigate the stress, have.
나노와이어(nanowire)는 직경이 수백nm 이하이며, 길이가 수 마이크로미터 이상인 나노 구조를 총칭한다. 이러한 나노와이어는 기판과의 접촉면적이 적어 지지없이 서있는 상태를 유지하며, 넓은 표면적을 갖고 있기 때문에 여러가지 소자를 구성하는데 유용한 기본 단위로 활용이 가능하다. 특히, GaN 나노와이어는 기존의 박막형 발광소자가 갖는 단점을 극복한 새로운 차세대 나노 발광소자의 재료로 이용될 수 있다.Nanowires are collectively referred to as nanostructures with a diameter of several hundreds of nanometers or less and a length of several micrometers or more. These nanowires remain standing without contact with the substrate and have a large surface area, so they can be used as a basic unit for constructing various devices. Particularly, the GaN nanowire can be used as a material of a new next-generation nano light emitting device which overcomes the disadvantages of the conventional thin film light emitting device.
이러한 GaN 나노와이어의 제조 방법으로는 촉매 금속과 갈륨(Ga)을 함유하는 액적(droplet)을 형성한 후 질소의 전구체를 공급하면서 고온에서 바로 성장시키는 방법이 있는데, 이러한 방법에 의하는 경우 생성되는 나노와이어의 길이는 어느 정도 향상시킬 수 있으나, 나노와이어의 생성 밀도는 낮은 단점이 있다.The GaN nanowire is produced by forming a droplet containing a catalytic metal and gallium (Ga), and growing the precursor at a high temperature while supplying a precursor of nitrogen. According to this method, The length of the nanowire can be improved to some extent, but the generation density of the nanowire is low.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 촉매 금속과 갈륨을 함유하는 액적을 비교적 낮은 온도에서 먼저 성장시켜 GaN 시드를 형성한 후 이를 고온에서 추가 성장시킴으로써 뭉침 현상 없이 충분한 길이로 성장된 GaN 나노와이어를 얻을 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a GaN seed which is first grown at a relatively low temperature to form a GaN seed and then further grown at a high temperature, And to provide a method for obtaining nanowires.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 발명의 구체적 설명을 위한 아래의 기재로부터 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 matters not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노와이어 제조 방법은, (a) 기판 상에 촉매 금속 층을 형성하는 단계; (b) 상기 촉매 금속 층 상에 갈륨 층을 형성하는 단계; (c) 상기 촉매 금속 층 및 갈륨 층을 열처리 하여 상기 촉매 금속 및 갈륨을 함유하는 합금 액적을 형성하는 단계; (d) 상기 합금 액적에 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 제1 온도 조건에서 GaN 시드를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 GaN 시드에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건에서 GaN 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanowire including: (a) forming a catalyst metal layer on a substrate; (b) forming a gallium layer on the catalyst metal layer; (c) heat treating the catalytic metal layer and the gallium layer to form an alloy droplet containing the catalytic metal and gallium; (d) forming a GaN seed at a first temperature condition while supplying a precursor of gallium and a precursor of nitrogen to the alloy droplet; And (e) growing the GaN nanowire under a second temperature condition that is higher than the first temperature while supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the GaN seed.
상기 (a)단계는, DC 스퍼터링에 의해 상기 기판 상에 상기 촉매 금속 층을 증착하는 단계일 수 있다.The step (a) may be a step of depositing the catalytic metal layer on the substrate by DC sputtering.
상기 (b)단계는, 상기 촉매 금속 층 상에 갈륨의 전구체를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.The step (b) may include supplying a precursor of gallium on the catalytic metal layer.
상기 (d)단계는, 상기 합금 액적에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 교대로 공급하면서 GaN 시드를 형성하는 단계일 수 있다.The step (d) may be a step of forming a GaN seed while alternately supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the alloy droplet.
상기 (e)단계는, 상기 GaN 시드에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 동시에 공급하면서 GaN 나노와이어를 성장시키는 단계일 수 있다.The step (e) may include growing the GaN nanowire while simultaneously supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the GaN seed.
상기 기판은, Si 기판일 수 있다.The substrate may be a Si substrate.
상기 촉매 금속 층은, Au 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 함유할 수 있다.The catalytic metal layer may contain at least one metal selected from the group consisting of Au and Pt.
상기 갈륨의 전구체는, 트레메틸갈륨(TMGa: trimethyl-gallium)일 수 있다.The precursor of gallium may be trimethyl-gallium (TMGa).
상기 질소의 전구체는, 암모니아일 수 있다.The precursor of nitrogen may be ammonia.
상기 제1 온도는, 710℃ 내지 750℃ 범위일 수 있다.The first temperature may range from 710 ° C to 750 ° C.
상기 제2 온도는, 920℃ 내지 980℃ 범위일 수 있다.The second temperature may range from 920 ° C to 980 ° C.
상기 (e)단계는, GaN 나노와이어에 SiH4를 도핑하여 성장시키는 단계일 수 있다.The step (e) may be a step of growing GaN nanowire by doping with SiH 4 .
본 발명에 따르면, 뭉침 현상 없이 기판 상에서 충분한 길이로 성장된 나노와이어를 얻을 수 있다.According to the present invention, a nanowire grown to a sufficient length on a substrate without aggregation can be obtained.
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 나노와이어의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 기판 상에 촉매 금속 층을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 촉매 금속 층 상에 갈륨 층을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 4는 촉매 금속과 갈륨을 함유하는 합금 액적(droplet)을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 온도에서 합금 액적으로부터 GaN 시드를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 온도에서 GaN 시드를 추가 성장시켜 GaN 나노와이어를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 비교예에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 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 according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a step of forming a catalytic metal layer on a substrate.
3 is a view showing the step of forming a gallium layer on the catalytic metal layer.
Figure 4 is a view showing the step of forming an alloy droplet containing a catalytic metal and gallium.
5 is a diagram illustrating the step of generating a GaN seed from an alloy droplet at a first temperature.
6 is a diagram illustrating the step of further growing a GaN seed at a second temperature to produce a GaN nanowire.
7 is a photomicrograph showing a GaN nanowire fabricated according to Example 1 of the present invention.
8 is a micrograph showing a GaN nanowire fabricated according to Example 2 of the present invention.
9 is a photomicrograph showing a GaN nanowire fabricated according to a comparative example of the present invention.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanowire according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어의 제조 방법은 촉매 금속 층 형성 단계(S1), 갈륨 층 형성 단계(S2), 합금 액적의 형성 단계(S3), GaN 시드 형성 단계(S4) 및 GaN 나노와이어 성장 단계(S5)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of fabricating a nanowire according to an embodiment of the present invention includes forming a catalytic metal layer (S1), forming a gallium layer (S2), forming an alloy droplet (S3) (S4) and a GaN nanowire growth step (S5).
먼저, 도 2를 참조하여 상기 촉매 금속 층 형성 단계(S1)를 구체적으로 설명하기로 한다.First, the catalyst metal layer forming step (S1) will be described in detail with reference to FIG.
도 2는 기판 상에 촉매 금속 층을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a step of forming a catalytic metal layer on a substrate.
도 2를 참조하면, 상기 S1 단계는, DC 스퍼터링에 의해 기판(1) 상에 촉매 금속 층(2)을 증착하는 단계이다. 상기 기판(1)으로는 Si 기판이 사용될 수 있으며, 촉매 금속 층(2)을 이루는 촉매 금속으로는 금(Au) 및 백금(Pt)과 같은 귀금속을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 2, step S1 is a step of depositing a
상기 스퍼터링 공정은 대략 1초 내지 50초의 범위에서 수행될 수 있는데, 이러한 증착 시간은 촉매 금속 층(2)의 형성 두께에 영향을 미치고, 또한 촉매 금속 층(2)의 형성 두께는 본 제조 방법에 따라 제조되는 나노와이어가 갖는 직경에 큰 영향을 미치게 된다.The sputtering process can be performed in a range of approximately 1 second to 50 seconds, and this deposition time affects the formation thickness of the
다음은, 도 3을 참조하여 상기 갈륨 층 형성 단계(S2)를 구체적으로 설명하기로 한다.Next, the gallium layer forming step (S2) will be described in detail with reference to FIG.
도 3은 촉매 금속 층 상에 갈륨 층을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the step of forming a gallium layer on the catalytic metal layer.
도 3을 참조하면, 상기 S2 단계는, 촉매 금속 층(2) 상에 갈륨의 전구체를 공급하면서 열처리를 수행하여 갈륨 층(3)을 형성하는 단계로서 이는 합금 액적(4)을 형성하기 위한 시초 단계에 해당한다.Referring to FIG. 3, step S2 is a step of forming a
이러한 갈륨 층(3)은, 예를 들어 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition) 공정에 의해 얻어질 수 있다. 즉, 상기 갈륨 층(3)은 금속 촉매 층(2)이 형성된 기판(1)을 MOCVD 장비의 챔버에 넣고, H2 등의 캐리어 가스를 이용하여 갈륨의 전구체를 챔버 내로 흘려주면서 소정의 온도에 노출시킴으로써 형성될 수 있다.This
여기서, 상기 갈륨의 전구체로는, 예를 들어 트리메틸갈륨(TMGa)이 사용될 수 있으며, 열처리는 약 600℃의 온도에서 대략 30초 동안 수행될 수 있다. As the precursor of gallium, for example, trimethylgallium (TMGa) may be used, and the heat treatment may be performed at a temperature of about 600 DEG C for about 30 seconds.
다음은, 도 4를 참조하여, 함금 액적의 형성 단계(S3)를 구체적으로 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 4, the formation step S3 of the deposition droplet will be described in detail.
도 4는 촉매 금속과 갈륨을 함유하는 합금 액적(droplet)을 형성하는 단계를 나타내는 도면이다.Figure 4 is a view showing the step of forming an alloy droplet containing a catalytic metal and gallium.
도 4를 참조하면, 상기 S3 단계는, 촉매 금속 층(2) 및 갈륨 층(3)을 열처리 하여 촉매 금속 및 갈륨을 함유하는 합금 액적(4)이 기판(1) 상에 형성되도록 하는 단계이다. 즉, 상기 S3 단계는 실질적인 액적 형성을 위한 열처리 단계로서, 이 단계에서는 촉매 금속 및 갈륨에 대한 열처리에 의해 합금 액적(4)의 조성 비가 결정된다.Referring to FIG. 4, step S3 is a step of heat treating the
상기 합금 액적(4) 형성을 위한 열처리는, 오스왈드 라이프닝(Oswald ripening)이나 액적의 마이그레이션(droplet migration) 등에 의한 결함을 해결하기 위해, 약 650℃에서 대략 10분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment for forming the alloy droplets 4 may be performed at about 650 DEG C for about 10 minutes to solve defects such as Oswald ripening or droplet migration.
다음은, 도 5를 참조하여 상기 GaN 시드 형성 단계(S4)를 구체적으로 설명하기로 한다.Next, the GaN seed formation step (S4) will be described in detail with reference to FIG.
도 5는 제1 온도에서 합금 액적으로부터 GaN 시드를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating the step of generating a GaN seed from an alloy droplet at a first temperature.
도 5를 참조하면, 상기 S4 단계는, 앞선 S3 단계에서 생성된 합금 액적(4)에 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 제1 온도 조건에서 성장시킴으로써 GaN 시드(5)를 형성하는 단계이다.5, the step S4 is a step of forming the GaN seed 5 by growing a precursor of gallium and a precursor of nitrogen in the alloy droplet 4 produced in the preceding step S3 under a first temperature condition .
상기 GaN 시드(5)의 형성을 위한 제1 온도는 비교적 저온으로서 대략 710℃ 내지 750℃ 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체는 교대로 합금 액적에 공급되는 것이 바람직한데, 이는 질소 공급 속도를 높여 GaN 나노와이어의 밀도를 높이기 위함이다.The first temperature for forming the GaN seed 5 is preferably in a relatively low temperature range of approximately 710 캜 to 750 캜. Also, the precursor of gallium and the precursor of nitrogen are preferably supplied to the alloy droplets alternately in order to increase the density of the GaN nanowires by increasing the nitrogen supply rate.
한편, 상기 S4 단계에서 공급되는 갈륨의 전구체로는 앞서 설명한 S2 단계에서와 마찬가지로 트리메틸갈륨(TMGa: trimethyl-gallium)이 사용될 수 있으며, 질소의 전구체로는 예를 들어 암모니아(NH3)와 같은 물질이 사용될 수 있다.Meanwhile, trimethyl gallium (TMGa) may be used as the precursor of gallium supplied in the step S4, as in the step S2 described above. Examples of the nitrogen precursor include a material such as ammonia (NH 3 ) Can be used.
이렇게 하여 생성된 GaN 시드(5)는 고온에서 추가적으로 성장될 GaN 나노와이어의 밀도와 길이를 증가시키는 역할을 하며, 이러한 GaN 시드(5)의 형성 개수를 달리함으로써 이후에 성장하게 되는 GaN 나노와이어의 길이와 밀도를 조절할 수 있다.The GaN seed 5 thus formed serves to increase the density and the length of the GaN nanowires to be additionally grown at a high temperature. By changing the number of the GaN seeds 5 formed, the GaN seed 5 Length and density can be adjusted.
다음은, 도 6을 참조하여 상기 GaN 나노와이어 성장 단계(S5)를 구체적으로 설명하기로 한다.Next, the GaN nanowire growth step (S5) will be described in detail with reference to FIG.
도 6은 제2 온도에서 GaN 시드를 추가 성장시켜 GaN 나노와이어를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating the step of further growing a GaN seed at a second temperature to produce a GaN nanowire.
도 6을 참조하면, 상기 S5 단계는, 앞선 S4 단계에서 생성된 GaN 시드(5)에 갈륨 전구체 및 질소 전구체를 공급하면서 제2 온도 조건에서 GaN 나노와이어(6)를 성장시키는 단계이다.Referring to FIG. 6, the step S5 is a step of growing the GaN nanowire 6 under the second temperature condition while supplying a gallium precursor and a nitrogen precursor to the GaN seed 5 generated in the step S4.
상기 GaN 나노와이어(6)의 성장을 위한 제2 온도는 제1 온도보다 고온으로서 대략 920℃ 내지 980℃ 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체는 앞선 S4 단계와는 달리 GaN 시드(5)에 동시에 공급되는 것이 바람직한데, 이는 질소 공급 속도를 낮춰 GaN 나노와이어의 성장 길이를 증가시키기 위함이다.The second temperature for growth of the GaN nanowire 6 is higher than the first temperature and is preferably in the range of about 920 ° C to 980 ° C. In addition, the precursor of gallium and the precursor of nitrogen are preferably supplied to the GaN seed 5 at the same time, unlike the above step S4, in order to increase the growth length of the GaN nanowire by lowering the nitrogen supply rate.
상기 S5 단계에서 공급되는 갈륨의 전구체로는 앞서 설명한 S4 단계에서와 마찬가지로 트리메틸갈륨(TMGa)이 사용될 수 있으며, 질소의 전구체 역시 S4 단계에서와 마찬가지로 암모니아(NH3)와 같은 물질이 사용될 수 있다.As the precursor of gallium supplied in the step S5, trimethylgallium (TMGa) may be used as in the step S4 described above, and a precursor of nitrogen may be a material such as ammonia (NH 3 ) as in the step S4.
한편, 상기 GaN 나노와이어(6)를 성장시키는 단계(S5, 도1 참조)에서 SiH4와 같은 물질을 도핑하여 성장시킬 수도 있다. 이 경우, SiH4은 GaN 나노와이어(6) 성장을 위한 원자결합 과정에서 발생되는 공공을 메움으로써 결정의 질을 향상시킬 뿐 아니라 수직성장을 유도하여 GaN 나노와이어(6)가 수직으로 더 잘 성장할 수 있도록 한다.Meanwhile, a step of growing the GaN nanowire 6 (S5, see FIG. 1) may be performed by doping a material such as SiH 4 . In this case, SiH 4 not only improves the quality of the crystal by filling the vacancies generated during the atom bonding process for growing the GaN nanowire 6, but also induces vertical growth so that the GaN nanowire 6 grows vertically better .
이하에서는 나노와이어를 제조함에 있어서, 상술한 바와 같이 2-step 성장 단계를 거치는 실시예와, 이와는 달리 1-step 성장 단계를 거치는 비교예를 설명하기로 한다.Hereinafter, the nanowire will be described with reference to an embodiment in which a 2-step growth step is performed as described above and a comparative example in which a 1-step growth step is performed.
실시예1Example 1
Si(111) 기판 상에 DC 스퍼터링에 의해 1 ~ 5 nm의 두께로 Au 층을 증착시킨 후 트리메틸갈륨(TMGa)을 공급하면서 600℃에서 30초간 열처리를 하여 Au 층 상에 Ga 층을 형성하였다. 이 후, 650℃에서 10분동안 열처리를 함으로써 Au 및 Ga을 함유하는 합금 액적(droplet)을 형성하였다. A Au layer was deposited on the Si (111) substrate by DC sputtering to a thickness of 1 to 5 nm and then annealed at 600 ° C for 30 seconds while supplying trimethyl gallium (TMGa) to form a Ga layer on the Au layer. Thereafter, heat treatment was performed at 650 DEG C for 10 minutes to form an alloy droplet containing Au and Ga.
형성된 합금 액적에 TMGa와 NH3를 펄스(pulse) 방법으로 번갈아 뿌려주면서 730℃의 온도에서 성장(1차 성장)시켜 GaN 시드를 형성한 후, 여기에 다시 TMGa와 NH3를 동시에 뿌려주면서 950℃의 온도에서 성장(2차 성장)시킴으로써 GaN 나노와이어를 제조하였다.TMGa and NH 3 were alternately sprayed on the formed alloy droplet, and the GaN seed was formed at a temperature of 730 ° C (primary growth) to form a GaN seed. Thereafter, TMGa and NH 3 were simultaneously sprayed at 950 ° C Lt; / RTI > (second growth).
실시예2Example 2
2차 성장에 있어서 SiH4에 의한 도핑이 이루어지는 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 나노와이어를 제조하였다.A nanowire was prepared in the same manner as in Example 1, except that SiH 4 doping was performed in the secondary growth.
비교예Comparative Example
합금 액적의 형성 이후에 실시예1에서 설명한 1차 성장을 거치지 않고 바로 2차 성장을 거친 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 나노와이어를 제조하였다.Nanowires were prepared in the same manner as in Example 1, except that the secondary growth was carried out immediately after the formation of the alloy droplet without the primary growth described in Example 1. [
도 7은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 현미경 사진이고, 도 8은 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 현미경 사진이고, 도 9는 본 발명의 비교예에 따라 제조된 GaN 나노와이어를 나타내는 현미경 사진이다. FIG. 7 is a micrograph showing a GaN nanowire fabricated according to Example 1 of the present invention, FIG. 8 is a micrograph showing a GaN nanowire fabricated according to Example 2 of the present invention, and FIG. 2 is a photomicrograph showing a GaN nanowire fabricated according to a comparative example.
도 7에 나타난 나노와이어는 대략 400 nm 내지 600 nm의 직경을 가지며 나노와이어가 아닌 벌크 형태의 GaN이 일부 형성되기는 하지만 그 성장 길이는 2 ㎛ 내지 4 ㎛로서 충분한 길이를 갖는다. 도 8에 나타난 GaN 나노와이어는 대략 400 nm 내지 600 nm의 직경을 가지며 4 ㎛ 내지 7 ㎛의 길이를 갖고, 벌크 형태의 GaN는 나타나지 않으며, 매우 높은 밀도로 촘촘하게 형성되어 있다.The nanowire shown in Fig. 7 has a diameter of approximately 400 nm to 600 nm, and a part of GaN not in the form of a nanowire is partially formed, but its growth length has a sufficient length of 2 탆 to 4 탆. The GaN nanowire shown in Fig. 8 has a diameter of approximately 400 nm to 600 nm, has a length of 4 to 7 mu m, does not show bulk GaN, and is formed with a very high density.
반면, 도 9에 나타난 GaN 나노와이어는 도 7 및 도 8에 나타난 나노와이어와 비슷한 직경을 갖기는 하지만, 성장 길이에 있어서는 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛에 불과한 길이를 가질 뿐만 아니라 벌크 형태의 GaN가 생성되기도 한다.On the other hand, although the GaN nanowire shown in FIG. 9 has a diameter similar to that of the nanowires shown in FIGS. 7 and 8, it has not only a length of 0.5 μm to 3 μm in growth length but also a bulk GaN do.
즉, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 GaN 나노와이어(6)는 비교적 저온 조건에서 성장한 GaN 시드(5)를 성장 온도를 상승시켜 고온 조건에서 2-step 성장 단계를 거쳐 얻어진 것이므로, 적절한 직경을 가지며 충분한 길이로 성장될 수 있는 것이다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 GaN 나노와이어(6)는 SiH4 도핑 공정을 거침으로써 벌크 형태가 나타나지 않고 충분한 길이로 성장되며 높은 밀도로 촘촘하게 형성될 수 있는 것이다.That is, since the GaN nanowire 6 obtained by the manufacturing method according to the present invention is obtained by growing the GaN seed 5 grown at a relatively low temperature condition through a 2-step growth step at a high temperature by raising the growth temperature, And can grow to a sufficient length. In addition, the GaN nanowire 6 obtained by the manufacturing method according to the present invention can grow to a sufficient length without forming a bulk shape by being subjected to the SiH 4 doping process, and can be densely formed at a high density.
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.
1: 기판 2: 촉매 금속 층
3: 갈륨 층 4: 합금 액적
5: GaN 시드 6: GaN 나노와이어1: substrate 2: catalytic metal layer
3: gallium layer 4: alloy droplet
5: GaN seed 6: GaN nanowire
Claims (12)
(b) 상기 촉매 금속 층 상에 갈륨 층을 형성하는 단계;
(c) 상기 촉매 금속 층 및 갈륨 층을 열처리 하여 상기 촉매 금속 및 갈륨을 함유하는 합금 액적을 형성하는 단계;
(d) 상기 열처리에 의해 형성된 합금 액적에 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 제1 온도 조건에서 1차적으로 성장시킴으로써 GaN 시드를 형성하는 단계; 및
(e) 상기 GaN 시드에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 공급하면서 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건에서 2차적으로 성장시킴으로써 GaN 나노와이어를 성장시키는 단계를 포함하는 나노와이어 제조 방법.(a) forming a catalytic metal layer on a substrate;
(b) forming a gallium layer on the catalyst metal layer;
(c) heat treating the catalytic metal layer and the gallium layer to form an alloy droplet containing the catalytic metal and gallium;
(d) forming a GaN seed by firstly growing the alloy droplet formed by the heat treatment at a first temperature condition while supplying a precursor of gallium and a precursor of nitrogen; And
(e) growing the GaN nanowire by secondarily growing the GaN seed at a second temperature condition higher than the first temperature while supplying the precursor of gallium and a precursor of nitrogen.
상기 (a)단계는,
DC 스퍼터링에 의해 상기 기판 상에 상기 촉매 금속 층을 증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (a)
And depositing the catalyst metal layer on the substrate by DC sputtering.
상기 (b)단계는,
상기 촉매 금속 층 상에 갈륨의 전구체를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (b)
And supplying a precursor of gallium onto the catalytic metal layer.
상기 (d)단계는,
상기 합금 액적에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 교대로 공급하면서 GaN 시드를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The step (d)
Wherein the GaN seed is formed by alternately supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the alloy droplet.
상기 (e)단계는,
상기 GaN 시드에 상기 갈륨의 전구체 및 질소의 전구체를 동시에 공급하면서 GaN 나노와이어를 성장시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법. The method according to claim 1,
The step (e)
And growing GaN nanowires while simultaneously supplying the precursor of gallium and the precursor of nitrogen to the GaN seed.
상기 기판은,
Si 기판인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein:
Lt; RTI ID = 0.0 > Si < / RTI > substrate.
상기 촉매 금속 층은,
Au 및 Pt를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the catalyst metal layer comprises
Au and at least one metal selected from the group consisting of Pt.
상기 갈륨의 전구체는,
트리메틸갈륨인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The precursor of gallium,
Wherein the nanowire is trimethyl gallium.
상기 질소의 전구체는,
암모니아인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The precursor of nitrogen,
Ammonia. ≪ / RTI >
상기 제1 온도는,
710℃ 내지 750℃인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The first temperature may be, for example,
Lt; RTI ID = 0.0 > 750 C, < / RTI >
상기 제2 온도는,
920℃ 내지 980℃인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.The method according to claim 1,
The second temperature may be,
Lt; RTI ID = 0.0 > 920 C. < / RTI >
상기 (e)단계는,
GaN 나노와이어에 SiH4를 도핑하여 성장시키는 단계인 것을 특징으로 하는 나노와이어 제조 방법.12. The method according to any one of claims 1 to 11,
The step (e)
And growing GaN nanowires by doping with SiH 4 .
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