Journal of the Korean Vacuum Society (한국진공학회지)

The Korean Vacuum Society (한국진공학회)
권호 표지

Anomalous Effect of Hydrogenation on the Optical Characterization $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ Quantum Dot Infrared Photodetectors

MBE로 성장된 $In_{0.5}Ga_{0.5}As/GaAs$ 양자점 원적외선 수광소자의 수소화 처리가 광학적 특성에 미치는 특이영향

  • Lim J.Y. (Nano Device Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Dept. of Physics, Chung Ang University) ;
  • Song J.D. (Nano Device Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Choi W.J. (Nano Device Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Cho W.J. (Nano Device Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Lee J.I. (Nano Device Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Yang H.S. (Dept. of Physics, Chung Ang University)
  • 임주영 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터, 중앙대학교 자연과학대학 물리학과) ;
  • 송진동 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) ;
  • 최원준 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) ;
  • 조운조 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) ;
  • 이정일 (한국과학기술연구원 나노소자 연구센터) ;
  • 양해석 (중앙대학교 자연과학대학 물리학과)
  • Published : 2006.03.01
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Abstract

We have investigated the characteristics of hydrogen (H) plasma treated quantum dot infrared photodetectors (QDIPs). The structure used in this study consists of 3 stacked, self assembled $In_{0.5}Ga_{0.5}As/GaAs$ QD layer separated by GaAs barrier layers that were grown by molecular beam epitaxy. Optical characteristics of QDIPs, such as photoluminescence (PL) spectra and photocurrent spectra, have been studied and compared with each other for the as grown and H plasma treated QDIPs. H plasma treatment, resulted in the splitting of PL peak, which can be attributed to the redistribution of the size of QDs. The activation energies estimated from the temperature dependence of integrated PL intensity for as grown and H plasma treated QDIPs are found to be in good agreement with those determined from corresponding peaks of photocurrent spectra. It is also noted that photocurrent is detected up to 130 K for the H plasma treated QDIP, suggesting the future possibility for the development of infrared photodetectors with high temperature operation.

분자선 에피택시 (MBE)법으로 성장된 양자점 원적외선 수광소자(Quantum Dot Infrared Photodetector: QDIP)구조의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As/GaAs$ 자발형성 양자점에 대하여, 수소화 처리(Hydrogen Plasma treatment) 전후의 각각의 특성을 광학적인 방법으로 분석하였다. 광학적 특성은 광루미네센스(photoluminescence: PL) 그리고 광전류(Photocurrent: PC)방법으로 각각 15K 300K 10K 130k 범위에서 측정되었으며, 수소화 처리 전후의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ 자발형성 양자점의 광학적 특성을 비교 분석해보면, 원시료(as-grown)의 하나의 봉우리가 수소화 처리를 통하여 두개의 봉우리로 나뉘지만 PL의 전체 세기(intensity)에는 큰 변화가 없었으며, 광전류는 수소화 처리 후에 감소함을 알 수 있다. 수소화 처리 전후의 샘플에 대해 PL의 결과로부터 활성화 에너지를 계산하여 비교해보면, 수소화 처리 전후의 활성화 에너지가 다름을 알 수 있고, 이 변화된 활성화 에너지 값은 측정된 광전류의 봉우리에 해당하는 에너지 값과 거의 일치함을 알 수 있다. 수소화 처리된 샘플은 역 수소화 처리를 통하여 PL 그래프의 모양이 원시료의 모양으로 되돌아가야 함에도 불구하고, 수소화 처리된 시료의 PL의 그래프와 동일한 모습을 보였다. 이러한 현상은 자발형성 양자점의 수소화 처리에 따른 양자점 내부의 양자점 조성의 변동에 그 원인이 있는 것으로 보인다.

Keywords

References

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