AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä, ¹ ÅM X ì Ä ¤V R Ë ç g Ë

(1)

AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä, ¹ ÅM X ì Ä ¤V R Ë ç g Ë

»S 5 0 · + ä Q · ¡ û B+ Ö < · ¦ U ª < · ) o - > A j · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · T $ ß · ç ¡U Ú ^∗

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § ¸ì ø Í ¸^ / B N, Â Òí ß 606-791

+ ä

r )+ ä · T ( å £

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § ¸ l F / B N < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791

% ·

ng ` @r ) · T 4 w H<

1 l

x _ @ / < Æ § ¸/ B N < Æõ , Â Òí ß 614-714 (2008¸ 7 Z 4 18{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

ZnO:Al ¸} @ /_ Al ¸$ í \ É r ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h , l & h : £ ¤$ í _ o\ ¦ ¦¹ 1 Ï % i . ZnO:Al

¸} @ / H Ã º¨ î + þ A \ P í ß o Ð\ " f AuGe 8 ú ¤ B \ ¦ s 6 x ¦ H o # Q Û ¼ Ar Û ¼ ì r 0 Al \ " f Znü <

Al _ D ¥ ½ + Ë ì r ´ ú ` ¦ 6 x # ½ + Ë$ í ÷ &% 3 . AuGe 8 ú ¤ B Ä »Á º\ É r ¸} @ /_ + þ A © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï # AuGe_ % i ½ + É` ¦ ¦¹ 1 Ï % i ¦, ZnO ¸} @ /_ $ í © ¸| (T

G

: 550 ∼ 700

^◦

C, Ar gas flow: 200 ∼ 1000 sccm)` ¦ þ j& h o r ( . 600

^◦

C, 600 sccm \ " f $ í © ) a ZnO ¸} @ / H 17.125 ea/µm

²

_ x 9 ¸ ü

<, 50±10 nm ç H{ 9 ô Ç f â s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 ¦, l ó ø Í ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f ±5 degree_ ì r í ß y ` ¦ f ` ¦ S X % i

. ¢ ¸ô Ç z ´ : r \ " f µ 1 Ï F g: £ ¤$ í ¨ î \ ¦ : x K " f 3.24 eV_ y © ô Ç UV µ 1 Ï F g õ a % v É r ì ø Íu ; ¤ Ü ¼ Ð ª ñô Ç & ñ

$ í

` ¦ t ¦ e ¦ ó ø Íé ß % i . ì ø Í Al ¸i ç ) a ZnO:Al ¸} @ /\ " f H, Al ¸i ç \ _ K " f ZnO

¸} @ /_ + þ A © o ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, µ 1 Ï F g : £ ¤$ í ¨ î \ " f Z } É r \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð_ ½ × ¼ é ß _ x ß ¼ 0 A u

o\ ¦ : x K , Al 0 l x ¸ 7 £ x \ É r ¸} @ / ? /Â Ò_ 0 l x ¸_ 7 £ x \ V © ÷ &% 3 . s Qô Ç \ V ©

É r z ´ : r \ " f f . Ë 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # S X % i Ü ¼ 9, © Z } É r Al 0 l x ¸\ ¦ ° ú H r « Ñ\ " f ¦0 l x ¸ (<1.09 × 10

²¹

cm

⁻³

) 0 l x ¸ S X ÷ &% 3 .

PACS numbers: 81.05.Y; 61.72.V; 78.66.J; 73.61.T

Keywords: ZnO:Al, ¸} @ /, AuGe 8 ú ¤ B , ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h , l & h : £ ¤$ í

I. " e Â ] Ø

21 [ jl H ¸_ r @ / ¦ # ¸ õ s u ´ & ñ ¸

Ð ¸l Õ ü t É r ´ ú § É r ' a d ` ¦ = å J ¦ e . s H " é ¶ ü < ì r

Ã ºï r _ ] j# Q l Õ ü t` ¦ : x K " f l > r _ Ó ü t$ í õ É r D h Ð î

r : £ ¤$ í ` ¦ ' a ¹ 1 Ï H כ s 0 p x l M :ë H s . ¸ & ñ

É

r ª ô Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O \ ] j 0 p x ¦ / B N < Æ, _

< Æ, \ -t x 9 ¨ 8 â 1 p x _ ª ô Ç 6 £ x6 x ì r \ ¦ [1].

t

F K t ½ ¨ ) a ´ ú § É r Ó ü t| 9 [ þ t × æ \ " f í ß o (ZnO)

É

r © : r \ " f 3.37 eV_ V , É r \ -t { ç ß ` ¦ ° ú H II-VI 7

á ¤ f ] X ;s + þ A ì ø Í ¸^ Ð+ 60 meV_ H # l ½ + Ë \

-t \ ¦ ° ú H [2]. ¢ ¸ô Ç ¸ ú C \ P ) a 1 " é ¶ ZnO ¸ & ñ

É

r µ 1 Ï F g è \ 6 £ x6 x r ~ Ã Ì} \ q K ¦´ òÖ ¦ _ µ 1 Ï F g ´ òõ

\

¦ % 3 ` ¦ Ã º e H © & h ` ¦ t ¦ e [3]. í H Ã ºô Ç ZnO

∗

E-mail: jiho [email protected]

¸ & ñ _ ª ô Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O ` ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð # ´ ú § É r

¸ è Ð_ 6 £ x6 x \ @ /ô Ç ½ ¨ H © { © y ' ÷ &# Q M

®

o [4]. Õ ª Q , Ô ¦í HÓ ü t Å Ò{ 9 \ _ ô Ç ¸ & ñ _ : £ ¤$ í

o\ @ /ô Ç ½ ¨ ¸ z ´| 9 & h è 6 £ x6 x` ¦ 0 AK " f H B Ä

º × æ כ ¹ < Ê\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ f ½ ¨ p .

ô

Ç \ V Ð l > r _ > ´ òõ µ 1 Ï F g è _ 6 £ §F G Ó ü t| 9 Ð" f

© × æ כ ¹ô Ç Ê ê ÐÓ ü t| 9 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô í ß o÷ &# Q ~ 1 >

\ P

o ÷ & H ë H ] j\ ¦ K H ~ ½ Óî ß Ü ¼ Ð, F K5 Å q õ ° ú É r ¸

$ í

` ¦ ° ú H n-type ZnO ¸ & ñ ` ¦ s 6 x H ~ ½ Óî ß s ] j î

ß ÷ &% 3 . s Qô Ç 3 l q& h \ © Â Ò½ + Ë H Ô ¦í HÓ ü t Ð H III 7

á

¤ F K5 Å q " é ¶ è : r ÷ & ¦ e Ü ¼ 9, Õ ª × æ \ " f Al É r H í ß

o§ 4 õ Zn ü < Al s _ H 7 £ x l · ú _ s 1 p x _ ë H ] j& h Ü

¼ Ð K z ´] j ZnO:Al ¸ & ñ ½ + Ë$ í \ ' a ô Ç ½ ¨ H ´ ú § s

Ð ¦÷ &t · ú § É r z ´& ñ s . Õ ª Q , ZnO:Al ~ Ã Ì} _ â Ä

º\ H Al ¸i ç Ü ¼ Ð Z } É r î r ì ø Í 0 l x ¸ü < 7 £ x ) a ¸ ¸ x 9

± ú É r q $ ½ Ó : £ ¤$ í ` ¦ Ðs 9, F g < Æ& h { ç ß \ ´ ú § É r % ò

-238-

(2)

¾ Ó ï r H z ´s Ð ¦ ) a e [5]. s Qô Ç 7 á x A ½ ¨

õ ÐÂ Ò' ZnO\ Al` ¦ ¸i ç ô Ç ¸ & ñ _ $ í © õ 6 £ x 6

x \ ' a ô Ç ½ ¨ 9 כ ¹ ¦ ó ø Íé ß ) a .

: r ½ ¨\ " f ZnO:Al ¸} @ / H Ã º¨ î + þ A \ P í ß o Ð\ Zn ü < Al D ¥ ½ + Ë èÛ ¼_ | 9 | ¾ Óq \ ¦ o 9 Ã ºf + þ A l © $ í

© Z O (Vertical vapor - phase - growth)Ü ¼ Ð $ í © % i .

¸} @ /_ + þ A © o H > ~ ½ ÓØ ¦+ þ A Å Ò & ³p â (field-emission scanning electron microscopy; FE-SEM) Ü

¼ Ð S X % i ¦, Al ¸$ í q \ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 AK \ -t ì r í

ß + þ A X ì rF g l (energy dispersive X-ray spectroscopy;

EDX)\ ¦ 6 x % i . Õ ªo ¦ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a ¹ 1 Ï l 0 A K

z ´ : r \ " f F g # l µ 1 Ï F gZ O (photoluminescence; PL)Ü ¼

Ð Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ¦¹ 1 Ï % i . t } Ü ¼ Ð l & h : £ ¤$ í ¨ î

H z ´ : r \ " f f . Ë8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K Al ¸i ç Ü ¼ Ð ô Ç ZnO

¸ & ñ ? /_ 7 £ x ) a 0 l x ¸\ ¦ S X % i .

II. ÷ m Ç ] M ö

ZnO ¸} @ / $ í © ` ¦ 0 Aô Ç AuGe Ó ü t| 9 É r Ä »l [ j' ` ¦

2 ; semi-insulating SiO

₂

(20 nm)/Si (111) l ó ø Í 0 A\

c 7 £ x Ã Ìl \ ¦ 6 x # 30 nm_ ¿ ºa Ð 7 £ x Ã Ì ÷ &% 3

. Ä º , $ í © Ã º¨ î + þ A ¸m ? /\ Ar Û ¼\ ¦ 10 ì r

&

ñ ¸ f Ë 9Å Ò# Q ' a ? /\ ì r 0 Al \ ¦ ë ß [ þ t ¦ Ã ºf + þ A $ 3 % ò à Ô Y

Us (tray) { \ Ä º 8 èÛ ¼\ ¦ ç H{ 9 > ì r í ß ÷ & ¸2 ¤ ô

Ç + ' 1 cm © Â Ò\ l ó ø Í` ¦ & h F r & \ P í ß o Ð ? /_ × æ

© \ 0 Au ¸2 ¤ à ÔY Us \ ¦ ¶ ú { 9 Ù þ ¡ . $ í © r ç ß É r 30 ì r Ü

¼ Ð ¦& ñ ¦ l ó ø Í_ 7 á x À Óü < : r ¸, H o # Q Û ¼ Ä »| ¾ Ó Õ

ªo ¦ D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ | 9 | ¾ Óq \ ¦ Ã º Ð ¿ º# Q z ´+ « >` ¦ ' Ù þ ¡

. [ jÂ Ò& h z ´+ « > ? /6 x` ¦ ¶ ú ( R Ð , $ 8 ú ¤ B Ä »Á º\

É r $ í © ª d _ o\ ¦ S X % i ¦, AuGe © _ ZnO

¸} @ / $ í © ¸| ` ¦ þ j& h o r ( . 8 ú ¤ B F K5 Å q8 £ x _ % ò

¾ Ó` ¦ S X l 0 AK " f AuGe(Ge∼ 43 at.%)s 7 £ x Ã Ì ) a Si (111) l ó ø Íõ Si (111)l ó ø Í` ¦ s 6 x # 550-700

^◦

C _ $ í

© : r ¸ # 3 0 A\ " f H o # Q Û ¼ Ä »| ¾ Ó (200-1000 sccm)` ¦

or v " f 30 ì r ç ß ¸} @ /\ ¦ $ í © r ( . ¢ ¸ô Ç $ í

© ) a ZnO ¸} @ /_ ½ ¨ ¸& h F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 # , þ

j& h ¸| ` ¦ & ñ % i . : r z ´+ « >\ " f & ñ ) a AuGe 8 ú ¤ B

F K5 Å q 0 A_ ¸} @ / $ í © _ þ j& h o ¸| É r $ í © : r ¸ 600

^◦

C, Û ¼Ä »| ¾ Ó 600 sccm s % 3 ¦, s ¸| \ " f D ¥ ½ + Ë

èÛ ¼ | 9 | ¾ Óq (Al/(Al+Zn))\ ¦ y y 0.25, 0.5, 0.75 Ð

or v 9 ZnO:Al ¸} @ /\ ¦ $ í © r ( . ª ô Ç ¸|

\

" f $ í © ) a ZnO ¸} @ /ü < " f Ð É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ | 9 | ¾ Ó q

\ _ K $ í © ) a ZnO:Al ¸} @ /_ ½ ¨ ¸& h o\ ¦

'

a ¹ 1 Ï l 0 AK FE-SEMs 6 x ÷ &% 3 ¦, FE-SEM\ Â Ò Ã Ì

)

a EDX\ ¦ s 6 x # ZnO:Al ¸ & ñ _ Al ¸$ í ` ¦ S X

% i . Õ ªo ¦ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¦¹ 1 Ï l 0 AK z ´ : r \ " f He-Cd (325 nm) laser\ ¦ 6 x K " f PL 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i

. ¢ ¸ô Ç l & h : £ ¤$ í ¨ î Ð+ van der pauw ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6

x # f . Ë 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i . # l " f l & h : £ ¤$ í ¨ î _

Ó ü t o & h _ p \ @ /K " f ¸ ñ < Ê` ¦ C ] j l 0 AK " f l

& h : £ ¤$ í ¨ î ~ ½ ÓZ O \ @ /ô Ç ½ ¨^ & h [ O " î s 9 כ ¹

¦ Ò q ty ô Ç . $ : r ½ ¨\ " f z ´r ô Ç f . Ë ´ òõ 8 £ ¤& ñ É r 2 t & ñ \ " f ZnO ¸} @ / ? /Â Ò_ 0 l x ¸ü <

¸ ¸_ o_ â ¾ Ó` ¦ Ð# ï r ¦ Ò q ty % i . ' Í P :

H f . Ë ´ òõ 8 £ ¤& ñ r ZnO ¸} @ /\ ¦ $ í © l 0 Aô Ç AuGe 8

ú

¤ B F K5 Å q 8 £ x _ % ò ¾ Ó É r Á ºr ÷ &% 3 . z ´] j Ð SEM ì r$ 3 õ EDX ì r$ 3 õ ÐÂ Ò' AuGe 8 ú ¤ B F K5 Å q 8 £ x É r ZnO ¸ }

@ / $ í © Ê ê\ H Si l ó ø Í © \ _ z e t · ú § f . Ë 8 £ ¤

&

ñ õ \ % ò ¾ Ó` ¦ Å Òt · ú § H ¦ ó ø Íé ß % i . ¿ º P : H

: r ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç f . Ë õ H f ] X & h Ü ¼ Ð H ZnO ¸ }

@ /_ $ í © íl \ + þ A$ í ) a Ù þ [ þ t s 3 " é ¶ $ í © ` ¦ " f

%

3 # Q ~ Ã Ì} + þ AI _ ] X 8 ú ¤8 £ x (wetting layer) \ @ /ô Ç כ Ü ¼

Ð, ¸ s ß ¼ o ) a ZnO $ 3 + þ A½ ¨ ¸ (island)\ ¦ ° ú H ~ Ã Ì} \

"

f ' a ¹ 1 Ï÷ & H l & h : £ ¤$ í _ _ p \ ¦ ° ú H ¦ ó ø Íé ß % i

. Ó ü t : r í H Ã ºô Ç ZnO ¸} @ /_ â Ä º H s ] X 8 ú ¤8 £ x Ð

ª ñô Ç & ñ $ í ` ¦ t Ù ¼ Ð, : r z ´+ « >_ 8 £ ¤& ñ ° ú כ Ð H s `

Z } É r s 1 l x ¸\ ¦ | 9 כ Ü ¼ Ð \ V © ÷ &t ë ß ¸} @ /

\ @ /ô Ç f . Ë ´ òõ \ ¦ ' a ¹ 1 Ï H כ É r & ³z ´& h Ü ¼ Ð #

Q t # Q 9¹ ¡ § s > r F Ù ¼ Ð H & h ~ ½ ÓZ O s t ë ß ] X 8

ú

¤8 £ x \ @ /ô Ç l & h : £ ¤$ í ¨ î \ ¦ : x # Al 0 l x ¸_ o

\

É r 0 l x ¸ü < s 1 l x ¸_ o\ ¦ ¦¹ 1 Ï H ~ ½ ÓZ O ` ¦

6 x % i . : r& h Ü ¼ Ð ¸} @ /_ â Ä º f ] X & h

0 l x ¸ü < s 1 l x ¸ 1 p x \ ' a ô Ç ¨ î 4 H ê ø Í Ù ¼ Ð Õ ª l

&

h

: £ ¤$ í É r ¸} @ / $ í © ¸| õ Ä » ô Ç ¸| \ " f + þ A$ í r

~ Ã Ì} _ l & h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î # Æ Ò : r H ~ ½ ÓZ O s

&

h

6 x ÷ & ¦ e Ü ¼ 9 [6], : r z ´+ « >\ " f ¸ s Qô Ç ~ ½ ÓZ O ` ¦ & h 6 x

% i .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

: r ½ ¨\ " f 6 x ) a 8 ú ¤ B F K5 Å q Ü ¼ Ð H n-type ì ø Í ¸^ ü <

¸b F G + þ A$ í ` ¦ 0 AK ´ ú §s Ö ¸6 x ÷ & H Ó ü t| 9 AuGe` ¦ 6

x % i Ü ¼ 9, s H z ´] j ì ø Í ¸^ l ó ø Í` ¦ s 6 x ô Ç 6 £ x6 x r 6 £ § F

G ½ ¨$ í \ e # Q" f n+ þ A-ZnO/n+ þ A-metal/n+ þ A-ì ø Í ¸^ l ó ø Í _

+ þ AI \ ¦ ¦ 9½ + É M : © & h s | ¨ c כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a . AuGe 8

ú

¤ B F K5 Å q8 £ x` ¦ 6 x ô Ç ZnO ¸} @ /_ $ í © õ ' aº ) a

Ð ¦ H _ \ O l M :ë H \ s 8 ú ¤ B F K5 Å q8 £ x _ % i ½ + É` ¦ · ú

(3)

Fig. 1. FE-SEM images of ZnO nanorods grown under Ar gas flow of 600 sccm at (a) T

_g

=600

^◦

C without catalyst, (b) T

_g

=650

^◦

C without catalyst, (c) T

_g

=700

^◦

C without catalyst, and (d) T

g

=600

^◦

C with AuGe catalyst.

Ðl 0 A # 8 ú ¤ B F K5 Å q8 £ x s \ O H â Ä ºü < q § # Ð ¤

.

Fig. 1 É r 1 l x{ 9 ô Ç Ar H o # Q Û ¼ Ä »| ¾ Ó (600 sccm)

\

" f $ í © ) a AuGe 8 ú ¤ B Ä »Á º\ É r ZnO ¸ & ñ _ FE-SEM s . Fig. 1 (a-c) É r 8 ú ¤ B \ O H Si l ó

ø Í 0 A\ y y 600, 650, 700

^◦

C _ : r ¸\ " f $ í © ) a s

9, (d) É r 600

^◦

C _ : r ¸\ " f AuGe 8 ú ¤ B \ ¦ 6 x #

$ í

© ) a ZnO ¸} @ / s . 8 ú ¤ B \ ¦ 6 x t · ú § É r l

ó ø Í\ " f ¸ q §& h f â s H & ñ s { 9 & ñ ô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó$ í \ O s

$ í © H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . ì ø Í \ 8 ú ¤ B \ ¦ 6

x ô Ç l ó ø Í\ " f_ ¸ & ñ É r l ó ø Í ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ¸ ú & ñ § > =

÷

&# Q e Ü ¼ 9 f â ¢ ¸ô Ç ç H{ 9 < Ês ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 . : r z ´+ « >\

6 x ô Ç AuGe (Ge∼ 43 at.%)_ & ñ ½ ¨ ¸ H ZnO ü < 1 l x{ 9 ô

Ç hcp ½ ¨ ¸\ ¦ t 9, ± ú É r Ö 6 x& h (560

^◦

C)` ¦ .

" f Fig. 1_ õ \ " f ¸} @ /_ þ j$ $ í © : r ¸ (600

◦

C) \ " f ¸ 8 ú ¤ B Ø æì r y Ö 6 x K | ¨ c Ã º e H : r ¸s 9, l

© -Ó o © - ¦ © (vapor-liquid-solid; VLS) $ í © Z O \ _ K l ó

ø Í 0 A\ " f 8 ú ¤ B Ó ü t| 9 s Ó o^ ~ ½ ÓÖ ¦ (droplet)` ¦ + þ A$ í ¦ c-» ¡ ¤ Ü ¼ Ð Ä º $ í © ` ¦ : x K ¸ ú & ñ § > = ) a ¸} @ / + þ A$ í

÷

& H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a . ì ø Í 8 ú ¤ B \ O s Sil ó ø Í 0 A\ $ í

© ô Ç â Ä º\ H ZnO

1−x

-Ó o& h _ + þ A$ í 1 p x \ _ ô Ç l © -Ó o

© - ¦ © $ í © s , l ó ø Í © _ f ] X & h Ù þ + þ A$ í \ _ ô Ç l

© - ¦ © (vapor-solid; VS) $ í © \ _ K " f $ í © ) a כ Ü ¼ Ð ó

ø Íé ß ) a . s Qô Ç õ ÐÂ Ò' AuGe 8 ú ¤ B F K5 Å q` ¦ 6 x

H â Ä º Ð ¸ ú & ñ \ P ) a ¦x 9 ¸ ¸} @ / $ í © \ & h ½ + Ë

H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .

Fig. 2. FE-SEM images of ZnO nanorods grown un- der various Ar gas flow of (a) 200 sccm (b) 600 sccm (c) 1000 sccm at the same growth temperature of 600

◦

C. FE-SEM images of ZnO nanorods grown at various growth temperatures of (d) T

g

=550

^◦

C (e) T

g

=650

^◦

C (f) T

g

=700

^◦

C under the fixed Ar gas flow of 1000 sccm.

¢

¸ô Ç : r z ´+ « >\ " f H AuGe 8 ú ¤ B F K5 Å q` ¦ 6 x ô Ç â Ä º _

$ í © ¸| ` ¦ þ j& h o r ( . AuGe 8 ú ¤ B \ ¦ 6 x #

$ í

© : r ¸ü < H o # Q Û ¼ Ä »| ¾ Ó` ¦ ^ > & h Ü ¼ Ð or v

"

f $ í © ô Ç ZnO ¸ & ñ _ + þ A © ` ¦ ' a ¹ 1 Ï % i H X <, Fig. 2 (a-c) H 600

^◦

C _ : r ¸\ " f y y 200, 600, 1000 sccm_ Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó \ " f $ í © ô Ç ZnO ¸} @ /_ s .

FE-SEM Ü ¼ ÐÂ Ò' , Ar Ä »| ¾ Ós 7 £ x < Ê\ ¸ }

@ /_ f â s t ¦ U ´s H U ´# Qf ` ¦ S X % i .

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼ Ð ¸} @ /_ $ í © õ & ñ É r íl Ù þ + þ A$ í õ s

#

Q & ñ $ í © õ & ñ Ü ¼ Ð ß ¼> y 1 Ã º e . 1 l x{ 9 ô Ç ¸|

\

" f $ í © ) a ¸} @ /_ â Ä º U ´s ü < f â _ ' a > H @ /

| Ä

Ì& h Ü ¼ Ð L∼1/R (L_ ¸} @ /_ U ´s , R_ ¸} @ / _

ì ø Í â )_ ' a > e H כ Ü ¼ Ð [ O " î ) a [7]. ¢ ¸ô Ç s Q ô

Ç $ í © B j& m 7 £ § É r Å Ò Ð ¸} @ /_ $ í © s ¸} @ / _

³ ð ` ¦ : x ô Ç f ¨ Ã Ì" é ¶ _ s 1 l x \ _ K " f { 9 # Q H כ Ü

¼ Ð [ O " î ÷ & ¦ e .

: r ½ ¨\ " f H 1 l x{ 9 : r ¸\ " f Ar_ Ä »| ¾ Ó_ o\ _ K

" f s Qô Ç & ³ © s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼Ù ¼ Ð Ar _ Ä »| ¾ Ó\

É

r ì ø Í6 £ x ' a ? / ï ß À Óí ß è ì r · ú _ o ¸} @ / $ í © × æ

(4)

VI/II q _ o\ ¦ { 9 Ü ¼& ³ ð ` ¦ : x ô Ç f ¨ Ã Ì" é ¶ _ s 1 l x

\

% ò ¾ Ó` ¦ Å Òl M :ë H Ü ¼ Ð [ O " î ½ + É Ã º e . s Qô Ç o

H ì ø Í@ / Ð Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó` ¦ ¦& ñ ¦ $ í © : r ¸\ ¦ or

&

" f ¸ ' a ¹ 1 Ï ½ + É Ã º e . Fig. 2 (d-f) É r 1000 sccm Ü ¼ Ð

¦& ñ ) a Ar Û ¼ \ " f $ í © : r ¸ 550, 650, 700

^◦

C \ " f _

+ þ A$ í ) a ZnO ¸} @ / s . Õ ªa Ë >\ " f Ðs H ü

< ° ú s , $ í © : r ¸_ o\ _ K " f ¸ ¸} @ /_ f â õ

x 9 ¸ U ´s 1 p x _ o ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9 s Qô Ç o % i r

· ú ¡\ " f [ O " î ô Ç ü < ° ú s $ í © × æ VI/II7 á ¤ q _ o

\

É r $ í © ª d _ o\ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 2 _ õ ÐÂ Ò' ZnO ¸} @ / © ç H{ 9 ô Ç + þ

A © ` ¦ Ðs H ¸| Ü ¼ Ð 600

^◦

C, 600 sccm ` ¦ [ O & ñ % i

¦, s ¸| \ " f $ í © ) a ZnO ¸} @ / H 17.125 ea/µm

²

(600 sccm) _ x 9 ¸ü <, 50±10 nm ç H{ 9 ô Ç f â õ l ó ø Í

\

Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f ±5 degree_ ì r í ß y ` ¦ ° ú H ç H{ 9 ô Ç + þ

AI \ ¦ f ` ¦ S X % i . s : r& h Ü ¼ Ð Fig. 2\ " f % 3 É r

õ H S X í ß ] jô Ç $ í © \ _ ô Ç ¸} @ /_ f â _ o

ÐÂ Ò' ¸ ¦¹ 1 Ï | ¨ c Ã º e . ¸} @ / H © @ /& h Ü ¼ Ð Z } É r

$ í

© : r ¸\ " f 8 É r f â ` ¦ ° ú H X <, $ í © : r ¸\ É r f

â _ o H 6 £ § õ ° ú É r d Ü ¼ Ð ¦¹ 1 Ï ) a [8].

r

min

= 2σ

_LV

V

_L

RT ln s (1)

#

l " f (r

min

= þ j èf â , σ

_LV

=Ó o^ -l ^ ³ ð Ä »\ - t

, V

^L

=Ó o^ _ ì r Â Òx , R=^ ¦ ç ¼ë ß © Ã º, T =] X @ / : r ¸, s= l © õ í o ¸) s ü < ° ú É r $ í © ª d ` ¦ S X í ß ] jô Ç$ í © (diffusion limited growth) [9] s ¦ H X <, èÛ ¼_ / B N /

å

L5 Å q ¸ $ í © 5 Å q ¸\ ¦ & ñ # f â ` ¦ or . # l

" f " é ¶ « Ñ_ / B N/ å L5 Å q ¸ê ø Í : r ¸\ _ > r H Ã ºs .

s

X O > $ í © ô Ç ¸} @ /_ & ñ $ í ` ¦ F g < Æ& h : £ ¤$ í _

'

a& h \ " f ¦¹ 1 Ï % i . Fig. 3 É r 1 l x{ 9 Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó (∼

1000 sccm) \ " f $ í © : r ¸ (a) 550, (b) 600, (c) 650

^◦

C \

"

f $ í © ) a ¸} @ /ü < (d) 600

^◦

C _ $ í © : r ¸\ " f 600 sccm _ Ar Û ¼ Ä »| ¾ Ó \ " f $ í © ) a ZnO ¸} @ /_ z ´

: r PL Õ ªA á Ô\ ¦ Ð# ï r . · ú ¡" f ] jr ô Ç SEM z ´+ « > õ

ÐÂ Ò' , þ j& h ¸| (600

^◦

, 600 sccm) \ " f $ í © ) a ZnO

¸} @ / H É r $ í © ¸| \ q §Ù þ ¡` ¦ M :, ì ø Íu ; ¤ (full wide at half maximum; FWHM) s 92.4 meV Ð q §& h a

% v Ü ¼ 9 © @ /& h µ 1 Ï F g q (I

uv

/I

_deep

ratio) ÷ r ë ß m ] X

@ /& h µ 1 Ï F g y © ¸ % i r Z } É r ° ú כ` ¦ · p . s Qô Ç õ

H Fig. 2 \ " f U ´s ü < f â _ o VI/II q _

o\ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð [ O " î ô Ç ? /6 x õ { 9 u ô Ç . 7 £ ¤, $ í © × æ VI/II q _ o Ð× ¼_ f â õ U ´s _ o\ ¸ % ò

¾ Ó` ¦ p u t ë ß + þ A$ í ) a ¸ & ñ ? /_ { © | ¾ Óq \ % ò ¾ Ó` ¦ p

5 g ? /Â Ò < Ê x 9 ¸ o # ² D G µ 1 Ï F g: £ ¤$ í \ % ò ¾ Ó

Fig. 3. PL spectra of ZnO nanorods grown under the various growth conditions; (a) T

g

=550

^◦

C, F

gas

=1000 sccm (b) T

g

=600

^◦

C, F

gas

=1000 sccm (c) T

g

=650

^◦

C, F

gas

=1000 sccm, and (d) T

g

=600

^◦

C, F

gas

=600 sccm.

Fig. 4. FE-SEM images of ZnO:Al nanorods grown by different mixed source ratio of (Al/(Al+Zn)) (a) 0 (b) 0.25 (c) 0.5 (d) 0.75 at T

_g

=600

^◦

C and F

_gas

=600 sccm.

`

¦ Å Ò H כ Ü ¼ Ð [ O " î ½ + É Ã º e . s X O > [ O & ñ ) a þ j& h $ í

(5)

Fig. 5. PL spectra of ZnO:Al nanorods grown by differ- ent mixed source ratio (Al/(Al+Zn)) (a) 0 (b) 0.25 (c) 0.5 (d) 0.75 at T

g

=600

^◦

C and F

gas

=600 sccm.

© ¸| \ " f Al ` ¦ ¸i ç # Ô ¦í HÓ ü t ¸i ç s ¸} @ /_ + þ

A © õ : £ ¤$ í \ p u H % ò ¾ Ó\ @ /K " f ' a ¹ 1 Ï % i . Fig.

4 H þ j& h ¸| (600

^◦

, 600 sccm) \ " f Znü < Al ì r ´ ú _

D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ | 9 | ¾ Óq \ ¦ or ( \ $ í © ) a ZnO:Al

¸} @ / s . (a) H í H Ã ºô Ç ZnO ¸} @ /, (b-d) H Al/(Zn+Al) _ D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ | 9 | ¾ Óq \ ¦ 0.25, 0.5, 0.75 g Ü ¼ Ð

or & " f $ í © ) a ZnO:Al ¸} @ /_ ` ¦ Ð# ï r

. EDX\ ¦ : x K Al_ ¸$ í q \ ¦ S X K : r õ , Al ì r

´ ú

ª _ 7 £ x \ Al_ ¸$ í s 0.3, 0.55, 1.1 at.% Ð 7

£

x H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç FE-SEM õ \

"

f f â s 7 £ x H כ ` ¦ · ú Ã º e H X <, s H · ú ¡_ õ

\

¼" é ¶ è_ / B N/ å L5 Å q ¸ ¸} @ /_ f â õ q Y V ' a > \ ¦ ° ú l

M :ë H s . Al-f ¨ Ã Ì" é ¶ H Zn-f ¨ Ã Ì " é ¶ \ q K " f ± ú

É

9, ³ ð \ " f_ f ¨ Ã ÌÖ ¦ 7 £ x H / B I z ´| 9 & h / B N/ å L5 Å q ¸_ 7

£

x \ ¦ _ p K H f â ` ¦ ° ú H ¸} @ / + þ A$ í ) a ¦ [ O

" î ½ + É Ã º e [7]. Fig. 5 É r " f Ð É r < Ê| ¾ Ó_ Al ¸

$ í

` ¦ ª ô Ç ZnO:Al ¸} @ /_ z ´ : r PL Õ ªA á Ô

Table 1. properties of ZnO:Al nanorods with different Al-contents.

Al content Concentration Mobility Resistivity (at.%) Type

[/cm

³

] [cm

²

/V·s] [Ω·cm]

0 n 8.47 × 10

¹⁷

8.8 6.27 0.3 n 7.73 × 10

¹⁹

8.7 0.01 0.55 n 8.44 × 10

¹⁹

0.24 0.41 1.1 n 1.09 × 10

²¹

1.24 0.0048

s

g @ /% i _ µ 1 Ï F g s ß ¼t · ú § É r ª ñô Ç & ñ $ í ` ¦ ° ú H ¸

& ñ s % 3 # Q & 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . ¢ ¸ô Ç Al ¸i ç ) a ¸ }

@ /_ NBE (Near band edge)µ 1 Ï F g 0 Au ¸i ç ÷ &t · ú §

É r ZnO ¸} @ / Ð 17 meV & ñ ¸ Z } É r \ -t A á ¤ Ü

¼ Ð s 1 l x ô Ç כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e . s { ç ß _ 7 £ x

H ¸ ú · ú 9 Burstein-Moss ´ òõ Ð [ O " î | ¨ c Ã º e [10, 11]. Burstein-Moss ´ òõ H n+ þ A ¸i ç Ü ¼ Ð K Al_ Å Ò> h (donor) Ô ¦í HÓ ü t Ð 6 x # ¸@ /_ { © I \

"

fÂ Ò' G 0 >t ¦, s X O > G 0 > ¸@ / ÐÂ Ò' ° ú É r î r 1

l

x | ¾ Ó` ¦ @ / s \ " f { ç ß s V , # Q4 R" f µ 1 Ï Ò q

Ü ¼ Ð ³ ð & ³ ) a .

∆E

g

= h

²

8m

^∗

h

²

8m

^∗

^2/3

n

^2/3_e

(2)

#

l " f, ∆E

g

^∗

H î r ì ø Í _ Ä »´ ò| 9 | ¾ Ó, n

e

H î r ì

ø Í 0 l x ¸\ ¦ · p . d (2)\ ¦ s 6 x # PL õ \ " f

%

3 # Q µ 1 Ï F g x ß ¼ 0 Au \ ¦ s 6 x # s : r& h Ü ¼ Ð > í ß K

: r õ , Al ¸$ í s 0.3 at.% { 9 M :ü < 0.55 at.% { 9 M :_ î

r ì ø Í 0 l x ¸ y y 1.66 × 10

¹⁸

cm

⁻³

, 1.82 × 10

¹⁸

cm

⁻³

Ð+ Al ¸i ç | ¾ Ó 7 £ x \ î r ì ø Í 0 l x ¸ q Y V < Ê` ¦ > í

ß Ü ¼ Ð S X ½ + É Ã º e % 3 . PL\ " f % 3 É r x ß ¼ 0 Au \ ¦ s 6

x ô Ç > í ß ° ú כõ z ´ : r \ " f z ´r ô Ç f . Ë ´ òõ 8 £ ¤& ñ õ \ ¦ Table 1 \ & ñ o % i Table 1` ¦ Ð d (2)\ ¦ s 6 x

#

Burstein-Moss ;s \ ¦ : x K > í ß ô Ç ° ú כõ ç ß _ s

e t ë ß , (a) ZnO ¸} @ /Â Ò' (b), (c), (d) í H " f Ð Al 0 l x ¸ 7 £ x < Ê\ î r ì ø Í 0 l x ¸ & h 7 £ x

% i . ¢ ¸ô Ç ¸i ç ÷ &t · ú § É r ZnO ¸} @ /_ î r ì

ø Í 0 l x ¸ (8.47 × 10

¹⁷

cm

⁻³

) H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð & ñ ~ Ã Ì }

s % 3 # Qt H כ Ü ¼ Ð · ú 9 Û ¼( ' a AÜ ¼ Ð + þ A$ í ô Ç { 9 ì

ø Í& h ZnO ~ Ã Ì} _ 0 l x ¸ [13]ü < q 5 p w ô Ç ° ú כÜ ¼ Ð 8 £ ¤

&

ñ ° ú כ_ ø @ Ã ºï r` ¦ Ð# ï r . s Qô Ç PL_ x ß ¼ s 1 l x õ

f . Ë ´ òõ 8 £ ¤& ñ õ \ ¦ 7 á x ½ + Ë # ^ ¦ M :, : r ½ ¨ü < ° ú

(6)

s

¸ Alü < Zn_ D ¥ ½ + Ëq \ ¦ ¸] X < Ê\ _ K " f ¸} @ /_

t 9 ¢ ¸ô Ç F K5 Å q$ í ¸ ¸\ ¦ ° ú H ZnO ¸} @ /_ + þ A

$ í

_ 0 p x$ í ` ¦ ] jr % i .

IV. + s Ç Â ] Ø

: r z ´+ « >\ " f H AuGe 8 ú ¤ B F K5 Å q8 £ x` ¦ 6 x ô Ç VLS $ í

¸} @ / ¸| \ " f Al` ¦ ¸i ç r ( . ¢ ¸ô Ç Al ¸i ç \ _ K

"

f µ 1 ÏÒ q t H ¸} @ /_ ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h Õ ªo ¦ l & h :

£ ¤$ í \ @ /K ¦¹ 1 ÏK Ð ¤ . 8 ú ¤ B Ó ü t| 9 Ð 6 x ) a AuGe

É

^◦

| 9

t } Ü ¼ Ð ZnO ¸} @ /_ þ j& h ¸| \ " f " f Ð É r

< Ê| ¾ Ó_ Al ¸$ í ` ¦ ZnO:Al ¸} @ /\ ¦ ½ + Ë$ í ô Ç + ' F g

< Æ& h ¨ î ü < f . Ë ´ òõ 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K Al ¸i ç Ü ¼ Ð ô Ç ¸ }

@ / ? /_ Ä » î r ì ø Í 0 l x ¸ü < ¸$ í 7 £ x \ ¦ S X ½ + É Ã º e

% 3 . : r Ü ¼ Ð, ZnO ¸} @ /\ & h ] X ô Ç Al ¸i ç ª _ ]

j# Q\ ¦ : x K " f ¦´ òÖ ¦ > µ 1 Ï F g è \ ¦ 0 Aô Ç ´ òÖ ¦& h 6

£

§F G Ó ü t| 9 Ð+ Ö ¸6 x| ¨ c Ã º e H 0 p x$ í ` ¦ ] jr % i .

P

c p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H ô Ç² D G õ < ÆF é ß _ : £ ¤& ñ l í ½ ¨ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î

Ã º' ) a ½ ¨e (R01-2006-000-10436-0).

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] H. Tang, L. Zhu, H. He, Z. Ye, Y. Zhang, M. Z. Z.

Yang, B. Zhao and T. Li, Appl. Phys. Lett. 39, 2696 (2006).

[2] K. Keis, L. Vayssieres, S. Lindquist and A. Hagfeldt, Nanostruct. Mater. 12, 487 (1999).

[3] M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y.

Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).

[4] S. J. Jiao, Z. Z. Zhang, Y. M. Lu, D. Z. Shen, B. Yao, J. Y, Zhang, B. H. Li, D. X. Zhao, X. W. Fan and Z. K. Tang, Appl. Phys. Lett. 88, 031911 (2006).

[5] T. Minami, H. Sato, H. Nanto and S. Takata, Jpn.

J. Appl. Phys. 24, 781 (1985).

[6] C. X. Xu, X. W. Sun and B. J. Chen, Appl. Phys.

Lett. 84, 1540 (2004)

[7] V. G. Dubrovskii, G. E. Cirlin, I. P. Soshnikov, A.

A. Tonkikh, N. V. Sibirev, Y. B. Samsonenko and V. M. Ustinov, Phys. Rev. B 71, 205325 (2005).

[8] M. H. Huang, Y. Wu, H. Feick, N. Tran, E. Weber and P. Yang, Adv. Mater 13, 113 (2001).

[9] S. R. Hejazi, H. R. M. Hosseini, J. Crystal Growth 309, 70 (2007).

[10] E. Burstein, Phys. Rev. 93, 632 (1954).

[11] S. M. Park, T. Ikegami and K. Ebihara, Thin Solid Films 513, 90 (2006).

[12] B. E. Sernelius, K. F. Berggen, Z. C. Jin, Hamberg and C. G. Granqvist, Phys. Rev. B 37, 10244 (1988).

[13] C. Klingshirn, Phys. Stat. Sol. (b) 244, 3027 (2007).

[14] H. Okamoto and T. B. Massalski, Bull. Alloy Phase

Diagrams 5, 601 (1984).

(7)

Structural, Optical, and Electrical properties of ZnO:Al Nanorods grown by Using a AuGe Catalyst

S. N. Kim, M. N. Jung, S. J. Oh, J. E. Koo, I. H. Heo, H. S. Ahn, S. N. Yi and J. H. Chang

^∗

Major of Nano Semiconductor, Korea Maritime University, Busan 606-791

H. J. Jung and B. W. Lee

Division of Marine Equipment Engineering, Korea Maritime University, Busan 606-791

H. H. Hwang and W. J. Lee

Department of Nano-Technology, Dongeui University, Busan 614-714 (Received 18 July 2008)

The structural, optical, and electrical properties of ZnO:Al nanorods with different Al contents were investigated. The ZnO:Al nanorods were synthesized using a AuGe catalyst at a growth temperature of 600

^◦

C under an Ar gas flow of 600 sccm by changing the mixed-source weight ratio (Zn and Al powers) in a horizontal tube furnace. ZnO nanorods grown at 600

^◦

C under a carrier gas flour of 600 sccm showed a density of 17.125 ea/µm

²

and a uniform diameter of 50±10 nm with a ±5 degree dispersion angle in a direction normal to the substrate. A strong UV emission was observed art 3.24 eV with a high relative emission ratio and a narrow FWHM (full width at half maximum), which indicated that the samples had high crystallinity. From the PL measurement, the peak position of the near-band-edge (NBE) emission of the ZnO:Al nanorods was shifted by ∼17 meV in the high-energy direction, which indicated an increase in the free carrier concentration due to Al doping in the ZnO nanorods. Also, the carrier concentration of the ZnO:Al nanorods (doped at 1 at.%) was confirmed to be 1.09 × 10

²¹

cm

⁻³

by hall measurements at room temperature.

PACS numbers: 81.05.Y, 61.72.V, 78.66.J, 73.61.T

Keywords: Al doped ZnO, AuGe catalyst, Structural, Optical, Electrical properties

∗

E-mail: jiho [email protected]

AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý   ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä,  ¹ ÅM X ì Ä  ¤V R Ë ç g Ë

AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý   ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä,  ¹ ÅM X ì Ä  ¤V R Ë ç g Ë

 »S 5 0 · + ä Q   ·  ¡ û B+ Ö < · ¦ U ª < · ) o - > A j · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · T   $ ß  ·  ç ¡U  Ú ∗

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ §  ¸ì ø Í ¸^   / B N, Â Òí ß  606-791

+ ä

r )+ ä  · T ( å ­ £

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ §  ¸  l  F / B N  < ÆÂ Ò, Â Òí ß  606-791

% ·

ng ` @r ) · T 4 w H< 

1 l

x _ @ / < Æ §  ¸/ B N  < Æõ , Â Òí ß 614-714 (2008¸  7 Z 4 18{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

ZnO:Al  ¸}  @ /_  Al  ¸$ í \    É r ½ ¨ ¸& h , F g  < Æ& h ,   l & h : £ ¤$ í _    o\  ¦  ¦¹ 1 Ï % i  . ZnO:Al 



¸}  @ /  H Ã º¨ î + þ A \ P  í ß  o Ð\ " f AuGe 8 ú ¤ B \  ¦ s 6 x  ¦ H o # Q Û ¼  Ar Û ¼ ì  r 0 Al  \ " f Znü <

Al _   D ¥ ½ + Ë ì  r ´ ú `  ¦  6 x #  ½ + Ë$ í ÷ &% 3  . AuGe 8 ú ¤ B  Ä »Á º\    É r  ¸}  @ /_  + þ A ©    o\  ¦  ' a ¹ 1 Ï #  AuGe_  % i ½ + É`  ¦  ¦¹ 1 Ï % i  ¦, ZnO  ¸}  @ /_  $ í  ©   ¸| (T

: 550 ∼ 700

C, Ar gas flow: 200 ∼ 1000 sccm)`  ¦ þ j& h o r (   . 600

C, 600 sccm \ " f $ í  ©   ) a ZnO  ¸}  @ /  H 17.125 ea/µm

_  x 9  ¸ ü

<, 50±10 nm ç  H{ 9 ô  Ç f   â s   ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3  ¦, l ó ø Í   ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f ±5 degree_  ì  r í ß y  `  ¦ f  `  ¦ S X    % i 

. ¢ ¸ô  Ç z ´ : r \ " f µ 1 Ï F g: £ ¤$ í ¨ î \  ¦ :  x K " f 3.24 eV_  y © ô  Ç UV µ 1 Ï F g õ  a % v É r ì ø Íu ;  ¤ Ü ¼ Ð  ª  ñô  Ç   & ñ

$ í

`  ¦ t  ¦ e    ¦ ó ø Íé ß  % i  . ì ø Í  Al  ¸i ç  ) a ZnO:Al  ¸}  @ /\ " f  H, Al  ¸i ç \  _ K " f ZnO 



¸}  @ /_  + þ A ©    o  ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, µ 1 Ï F g : £ ¤$ í ¨ î \ " f Z  } É r \  -t  A á ¤ Ü ¼ Ð_   ½ × ¼ é ß _  x ß ¼ 0 A u

   o\  ¦ :  x K , Al 0 l x  ¸ 7 £ x \    É r  ¸}  @ / ? /Â Ò_    0 l x  ¸_  7 £ x  \ V © ÷ &% 3  . s  Qô  Ç \ V © 



É r z ´ : r \ " f f . Ë 8 £ ¤& ñ `  ¦ :  x #  S X    % i Ü ¼ 9,  ©  Z  } É r Al 0 l x  ¸\  ¦ ° ú   H r « Ñ\ " f  ¦0 l x  ¸ (<1.09 × 10

cm

)   0 l x  ¸ S X    ÷ &% 3  .

PACS numbers: 81.05.Y; 61.72.V; 78.66.J; 73.61.T

Keywords: ZnO:Al,  ¸}  @ /, AuGe 8 ú ¤ B , ½ ¨ ¸& h , F g  < Æ& h ,   l & h : £ ¤$ í

I. " e Â ] Ø

21 [ jl   H  ¸_  r @ /  ¦ #  ¸ õ   s   u ´ & ñ  ¸



Ð  ¸l Õ ü t É r ´ ú § É r  ' a d  `  ¦ = å J  ¦ e   . s   H " é ¶  ü < ì  r



 Ã ºï  r _  ] j# Q l Õ ü t`  ¦ :  x K " f l  > r _  Ó ü t$ í õ   É r D h Ð î

 r : £ ¤$ í `  ¦  ' a ¹ 1 Ï   H  כ s  0 p x l  M :ë  H s  .  ¸  & ñ

 É

r  ª ô  Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O \     ] j   0 p x  ¦    / B N  < Æ, _ 



< Æ, \  -t  x 9 ¨ 8  â 1 p x _   ª ô  Ç 6 £ x6 x ì  r  \  ¦    [1].

t

F K  t    ½ ¨  ) a ´ ú § É r Ó ü t| 9 [ þ t ×  æ \ " f í ß  o    (ZnO)

 É

r  ©  : r \ " f 3.37 eV_  V ,  É r \  -t  { ç ß   `  ¦ ° ú   H II-VI 7

á ¤ f  ] X   ;s + þ A ì ø Í ¸^  Ð+  60 meV_   H # l     ½ + Ë \ 



-t \  ¦ ° ú   H  [2]. ¢ ¸ô  Ç ¸ ú  C \ P  ) a 1 " é ¶ ZnO  ¸  & ñ

 É

r µ 1 Ï F g  è \  6 £ x6 x r  ~ Ã Ì}  \  q K   ¦´ òÖ  ¦ _  µ 1 Ï F g ´ òõ 

\

 ¦ % 3 `  ¦ Ã º e     H  © & h `  ¦ t  ¦ e    [3]. í  H Ã ºô  Ç ZnO

E-mail: jiho [email protected]

 ¸  & ñ _   ª ô  Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O `  ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð #  ´ ú § É r 



¸      è  Ð_  6 £ x6 x \  @ /ô  Ç   ½ ¨  H  © { © y    '  ÷ &# Q M

®

o  [4]. Õ ª Q , Ô  ¦í  HÓ ü t Å Ò{ 9 \  _ ô  Ç  ¸  & ñ _  : £ ¤$ í



 o\  @ /ô  Ç   ½ ¨ ¸ z ´| 9 & h    è 6 £ x6 x`  ¦ 0 AK " f  H B  Ä

º ×  æ כ ¹ < Ê\  ¸ Ô  ¦ ½ ¨  ¦  f    ½ ¨ p    .

ô

 Ç \ V Ð l  > r _    > ´ òõ  µ 1 Ï F g  è _  6 £ §F G Ó ü t| 9  Ð" f

 ©  ×  æ כ ¹ô  Ç Ê ê ÐÓ ü t| 9   ò ø Í è  ¸È ÓÚ Ô í ß  o÷ &# Q ~ 1 > 

\ P

 o ÷ &  H ë  H ] j\  ¦ K      H ~ ½ Óî ß Ü ¼ Ð, F K5 Å q õ  ° ú  É r    ¸

$ í

`  ¦ ° ú   H n-type ZnO  ¸  & ñ `  ¦ s 6 x   H ~ ½ Óî ß s  ] j î

ß ÷ &% 3  . s  Qô  Ç 3 l q& h \   ©  Â Ò½ + Ë   H Ô  ¦í  HÓ ü t  Ð  H III 7

á

¤ F K5 Å q " é ¶  è   : r ÷ & ¦ e  Ü ¼ 9, Õ ª ×  æ \ " f Al É r  H í ß 

o§ 4 õ  Zn ü < Al  s _   H 7 £ x l · ú _  s  1 p x _  ë  H ] j& h  Ü

¼ Ð   K  z ´] j ZnO:Al  ¸  & ñ ½ + Ë$ í \   ' a ô  Ç   ½ ¨  H ´ ú § s

  Ð ¦÷ &t  · ú § É r z ´& ñ s  . Õ ª Q , ZnO:Al ~ Ã Ì}  _   â Ä

º\   H Al  ¸i ç Ü ¼ Ð Z  } É r î  r ì ø Í  0 l x  ¸ü < 7 £ x   ) a    ¸ ¸ x 9

± ú  É r q $  ½ Ó : £ ¤$ í `  ¦  Ðs  9, F g  < Æ& h { ç ß   \  ´ ú § É r % ò

AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä, ¹ ÅM X ì Ä ¤V R Ë ç g Ë

AuGe V ê s; c V R ËX ê sc Ü R ZnO:Al x ¢T c l6 8 ý ºX ì Ä, ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä, ¹ ÅM X ì Ä ¤V R Ë ç g Ë

»S 5 0 · + ä Q · ¡ û B+ Ö < · ¦ U ª < · ) o - > A j · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · T $ ß · ç ¡U Ú ^∗

Ç² D G K ª @ / < Æ § ¸ì ø Í ¸^ / B N, Â Òí ß 606-791

r )+ ä · T ( å £

Ç² D G K ª @ / < Æ § ¸ l F / B N < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791

ng ` @r ) · T 4 w H<

x _ @ / < Æ § ¸/ B N < Æõ , Â Òí ß 614-714 (2008¸ 7 Z 4 18{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

ZnO:Al ¸} @ /_ Al ¸$ í \ É r ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h , l & h : £ ¤$ í _ o\ ¦ ¦¹ 1 Ï % i . ZnO:Al

¸} @ / H Ã º¨ î + þ A \ P í ß o Ð\ " f AuGe 8 ú ¤ B \ ¦ s 6 x ¦ H o # Q Û ¼ Ar Û ¼ ì r 0 Al \ " f Znü <

Al _ D ¥ ½ + Ë ì r ´ ú ` ¦ 6 x # ½ + Ë$ í ÷ &% 3 . AuGe 8 ú ¤ B Ä »Á º\ É r ¸} @ /_ + þ A © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï # AuGe_ % i ½ + É` ¦ ¦¹ 1 Ï % i ¦, ZnO ¸} @ /_ $ í © ¸| (T

C, Ar gas flow: 200 ∼ 1000 sccm)` ¦ þ j& h o r ( . 600

C, 600 sccm \ " f $ í © ) a ZnO ¸} @ / H 17.125 ea/µm

_ x 9 ¸ ü

<, 50±10 nm ç H{ 9 ô Ç f â s ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 ¦, l ó ø Í ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f ±5 degree_ ì r í ß y ` ¦ f ` ¦ S X % i

. ¢ ¸ô Ç z ´ : r \ " f µ 1 Ï F g: £ ¤$ í ¨ î \ ¦ : x K " f 3.24 eV_ y © ô Ç UV µ 1 Ï F g õ a % v É r ì ø Íu ; ¤ Ü ¼ Ð ª ñô Ç & ñ

` ¦ t ¦ e ¦ ó ø Íé ß % i . ì ø Í Al ¸i ç ) a ZnO:Al ¸} @ /\ " f H, Al ¸i ç \ _ K " f ZnO

¸} @ /_ + þ A © o ' a ¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ 9, µ 1 Ï F g : £ ¤$ í ¨ î \ " f Z } É r \ -t A á ¤ Ü ¼ Ð_ ½ × ¼ é ß _ x ß ¼ 0 A u

o\ ¦ : x K , Al 0 l x ¸ 7 £ x \ É r ¸} @ / ? /Â Ò_ 0 l x ¸_ 7 £ x \ V © ÷ &% 3 . s Qô Ç \ V ©

É r z ´ : r \ " f f . Ë 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # S X % i Ü ¼ 9, © Z } É r Al 0 l x ¸\ ¦ ° ú H r « Ñ\ " f ¦0 l x ¸ (<1.09 × 10

) 0 l x ¸ S X ÷ &% 3 .

Keywords: ZnO:Al, ¸} @ /, AuGe 8 ú ¤ B , ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h , l & h : £ ¤$ í

21 [ jl H ¸_ r @ / ¦ # ¸ õ s u ´ & ñ ¸

Ð ¸l Õ ü t É r ´ ú § É r ' a d ` ¦ = å J ¦ e . s H " é ¶ ü < ì r

Ã ºï r _ ] j# Q l Õ ü t` ¦ : x K " f l > r _ Ó ü t$ í õ É r D h Ð î

r : £ ¤$ í ` ¦ ' a ¹ 1 Ï H כ s 0 p x l M :ë H s . ¸ & ñ

É

r ª ô Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O \ ] j 0 p x ¦ / B N < Æ, _

< Æ, \ -t x 9 ¨ 8 â 1 p x _ ª ô Ç 6 £ x6 x ì r \ ¦ [1].

F K t ½ ¨ ) a ´ ú § É r Ó ü t| 9 [ þ t × æ \ " f í ß o (ZnO)

É

r © : r \ " f 3.37 eV_ V , É r \ -t { ç ß ` ¦ ° ú H II-VI 7

á ¤ f ] X ;s + þ A ì ø Í ¸^ Ð+ 60 meV_ H # l ½ + Ë \

-t \ ¦ ° ú H [2]. ¢ ¸ô Ç ¸ ú C \ P ) a 1 " é ¶ ZnO ¸ & ñ

É

r µ 1 Ï F g è \ 6 £ x6 x r ~ Ã Ì} \ q K ¦´ òÖ ¦ _ µ 1 Ï F g ´ òõ

¦ % 3 ` ¦ Ã º e H © & h ` ¦ t ¦ e [3]. í H Ã ºô Ç ZnO

¸ & ñ _ ª ô Ç ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O ` ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð # ´ ú § É r

¸ è Ð_ 6 £ x6 x \ @ /ô Ç ½ ¨ H © { © y ' ÷ &# Q M

o [4]. Õ ª Q , Ô ¦í HÓ ü t Å Ò{ 9 \ _ ô Ç ¸ & ñ _ : £ ¤$ í

o\ @ /ô Ç ½ ¨ ¸ z ´| 9 & h è 6 £ x6 x` ¦ 0 AK " f H B Ä

º × æ כ ¹ < Ê\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ f ½ ¨ p .

Ç \ V Ð l > r _ > ´ òõ µ 1 Ï F g è _ 6 £ §F G Ó ü t| 9 Ð" f

© × æ כ ¹ô Ç Ê ê ÐÓ ü t| 9 ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô í ß o÷ &# Q ~ 1 >

o ÷ & H ë H ] j\ ¦ K H ~ ½ Óî ß Ü ¼ Ð, F K5 Å q õ ° ú É r ¸

` ¦ ° ú H n-type ZnO ¸ & ñ ` ¦ s 6 x H ~ ½ Óî ß s ] j î

ß ÷ &% 3 . s Qô Ç 3 l q& h \ © Â Ò½ + Ë H Ô ¦í HÓ ü t Ð H III 7

¤ F K5 Å q " é ¶ è : r ÷ & ¦ e Ü ¼ 9, Õ ª × æ \ " f Al É r H í ß

o§ 4 õ Zn ü < Al s _ H 7 £ x l · ú _ s 1 p x _ ë H ] j& h Ü

¼ Ð K z ´] j ZnO:Al ¸ & ñ ½ + Ë$ í \ ' a ô Ç ½ ¨ H ´ ú § s

Ð ¦÷ &t · ú § É r z ´& ñ s . Õ ª Q , ZnO:Al ~ Ã Ì} _ â Ä

º\ H Al ¸i ç Ü ¼ Ð Z } É r î r ì ø Í 0 l x ¸ü < 7 £ x ) a ¸ ¸ x 9

± ú É r q $ ½ Ó : £ ¤$ í ` ¦ Ðs 9, F g < Æ& h { ç ß \ ´ ú § É r % ò

¾ Ó ï r H z ´s Ð ¦ ) a e [5]. s Qô Ç 7 á x A ½ ¨

õ ÐÂ Ò' ZnO\ Al` ¦ ¸i ç ô Ç ¸ & ñ _ $ í © õ 6 £ x 6

x \ ' a ô Ç ½ ¨ 9 כ ¹ ¦ ó ø Íé ß ) a .

: r ½ ¨\ " f ZnO:Al ¸} @ / H Ã º¨ î + þ A \ P í ß o Ð\ Zn ü < Al D ¥ ½ + Ë èÛ ¼_ | 9 | ¾ Óq \ ¦ o 9 Ã ºf + þ A l © $ í

© Z O (Vertical vapor - phase - growth)Ü ¼ Ð $ í © % i .

¸} @ /_ + þ A © o H > ~ ½ ÓØ ¦+ þ A Å Ò & ³p â (field-emission scanning electron microscopy; FE-SEM) Ü

¼ Ð S X % i ¦, Al ¸$ í q \ ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 AK \ -t ì r í

ß + þ A X ì rF g l (energy dispersive X-ray spectroscopy;

EDX)\ ¦ 6 x % i . Õ ªo ¦ F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a ¹ 1 Ï l 0 A K

z ´ : r \ " f F g # l µ 1 Ï F gZ O (photoluminescence; PL)Ü ¼

Ð Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ¦¹ 1 Ï % i . t } Ü ¼ Ð l & h : £ ¤$ í ¨ î

H z ´ : r \ " f f . Ë8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K Al ¸i ç Ü ¼ Ð ô Ç ZnO

¸ & ñ ? /_ 7 £ x ) a 0 l x ¸\ ¦ S X % i .

ZnO ¸} @ / $ í © ` ¦ 0 Aô Ç AuGe Ó ü t| 9 É r Ä »l [ j' ` ¦

2 ; semi-insulating SiO

(20 nm)/Si (111) l ó ø Í 0 A\

c 7 £ x Ã Ìl \ ¦ 6 x # 30 nm_ ¿ ºa Ð 7 £ x Ã Ì ÷ &% 3

. Ä º , $ í © Ã º¨ î + þ A ¸m ? /\ Ar Û ¼\ ¦ 10 ì r

ñ ¸ f Ë 9Å Ò# Q ' a ? /\ ì r 0 Al \ ¦ ë ß [ þ t ¦ Ã ºf + þ A $ 3 % ò à Ô Y

Us (tray) { \ Ä º 8 èÛ ¼\ ¦ ç H{ 9 > ì r í ß ÷ & ¸2 ¤ ô

Ç + ' 1 cm © Â Ò\ l ó ø Í` ¦ & h F r & \ P í ß o Ð ? /_ × æ

© \ 0 Au ¸2 ¤ à ÔY Us \ ¦ ¶ ú { 9 Ù þ ¡ . $ í © r ç ß É r 30 ì r Ü

¼ Ð ¦& ñ ¦ l ó ø Í_ 7 á x À Óü < : r ¸, H o # Q Û ¼ Ä »| ¾ Ó Õ

ªo ¦ D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ | 9 | ¾ Óq \ ¦ Ã º Ð ¿ º# Q z ´+ « >` ¦ ' Ù þ ¡

. [ jÂ Ò& h z ´+ « > ? /6 x` ¦ ¶ ú ( R Ð , $ 8 ú ¤ B Ä »Á º\

É r $ í © ª d _ o\ ¦ S X % i ¦, AuGe © _ ZnO

¸} @ / $ í © ¸| ` ¦ þ j& h o r ( . 8 ú ¤ B F K5 Å q8 £ x _ % ò