III-nitride semiconductors are compound semiconductors having direct band gap and are used for materials of optoelectronic devices. GaN-based rod structure enhances efficiency in the optoelectronic devices. However, there is inhomogeneity in luminescence and doping properties along the rod structure due to the three-dimensional structure different with film case. Because this inhomogeneity affects the performance of the optoelectronic devices, understanding of this property is an important issue. In this dissertation, we systematically studied inhomogeneous emission properties in active layers and doping variation by Mg-doping in the GaN rod. As a result, we confirmed the wavelength, efficiency and polarization change at a different position in the active layers. In addition, composition and electrical properties change by Mg-doping were comprehensively studied by componential, electrical, and optical analyses. Furthermore, we proposed a new designed photonic crystal laser based on a single nanorod. It is expected that this analyses results of inhomogeneity in the GaN rod will contribute to enhance the efficiency of the optoelectronic devices and the new designed nanorod-based laser will be used for a variety of applications.
직접천이형 화합물 반도체인 질화물 반도체는 광전소자의 재료로써 널리 사용되고 있으며, 질화갈륨 기반의 막대구조를 이용할 경우 광전소자의 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만 이 같은 막대구조의 경우 3차원적인 구조를 가지므로 박막과 달리 막대의 위치에 따라 발광 및 도핑 특성에 불균일성이 발생한다. 이 같은 불균일성은 막대구조 기반의 광전소자의 특성에 큰 영향을 주므로, 그 특성에 대한 이해가 중요하다. 본 박사 학위논문에서는 질화갈륨 기반 막대구조 위의 활성층 구조에서의 발광 특성 불균일성과 마그네슘 도핑에 의한 도핑 불균일성에 대해 체계적으로 연구하였다. 그 결과 활성층 구조의 위치에 따른 파장, 효율 및 편광도 변화를 확인하였다. 또한, 마그네슘 도핑으로 인한 위치에 따른 조성비, 전기적 특성 차이를 공간분해 성분분석, 전기분석, 광분석을 통해 종합적으로 해석하였다. 더 나아가, 질화갈륨 나노막대 구조를 기반으로 한 새로운 디자인의 광결정 레이저를 제안하였다. 이 같은 막대구조에서의 불균일성 분석 결과는 광전소자의 효율 향상에 기여를 할 것으로 기대하며, 새로운 디자인의 막대구조 기반의 레이저를 통해 보다 광범위한 분야에 사용될 것을 기대한다.
