Catalyst-free growth of InAs/InxGa1−xAs coaxial nanorod heterostructures on graphene layers using molecular beam epitaxy

본 연구는 분자빔에피택시(molecular beam epitaxy)를 이용하여 인듐비소(InAs) 코어(core)와 인듐갈륨비소(InGaAs) 껍질(shell)로 이루어진 나노막대를 그래핀 위에 비촉매
방식으로 적층성장한 것에 대한 보고이다. 그래핀 위에 무기물 반도체 나노막대가 성장된 복합구조는 유연하면서도 수명이 길고 높은 효율을 가지는 전자소자 또는 광전자소자를 제조하기에 적합한 소재구조다. 본 연구에서 사용한 비촉매 분자빔에피택시 성장방법은 고순도의 단결정 성장이 가능하고 화학적 조성 및 두께가 정교히 조절된 다중층 이종구조(multilayered heterostructure)를 제조하기에 이상적인 방식으로, 이 방법을 이용하여 2차원 층상물질에 나노막대 이종구조를 최초로 제조하였다는 것에 의의를 둘 수 있다. 더불어 고에너지반사전자회절장치(reflection high-energy electron diffraction)로 나노막대가 비촉매 방식으로 그래핀 위에 성장헸다는 것을 최초로 보임과 함께, 투과전자현미경으로 나노막대 이종구조가 코어와 껍질이 정확히 분리된 깨끗한 계면을 가진다는 것을 확인하여 고품질의 나노막대 이종구조/그래핀 복합차원 소재가 제조되었음을 확인하였다.

Nanorods with InAs cores and InxGa1−xAs shells have been grown catalyst-free on graphene using molecular beam epitaxy by scientists in Korea. Inorganic semiconductor nanorods on graphene layers are promising for producing electronic and optoelectronic devices that are simultaneously flexible and have long lifetimes and high efficiencies. Now, researchers at Seoul National University led by Gyu-Chul Yi have realized catalyst-free molecular beam epitaxy growth of InAs/InxGa1−xAs coaxial nanorods on graphene. This is an important step as catalyst-free molecular beam epitaxy can produce ultrapure single crystals and multilayered heterostructures with precisely-controlled thickness and chemical compositions. Analysis showed that the cores and shells were clearly defined with clean interfaces and had uniform compositions and thicknesses. This demonstration opens up the path for monolithic integration of semiconductor coaxial nanorod heterostructures on two-dimensional materials.

“Catalyst-free growth of InAs/InxGa1−xAs coaxial nanorod heterostructures on graphene layers using molecular beam epitaxy”
Article first published online: 07 AUG 2015
NPG Asia Mater 7: e206; doi:10.1038/am.2015.88

Authors: Youngbin Tchoe, Janghyun Jo, Miyoung Kim and Gyu-Chul Yi