• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.277.2-277.2
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• 2016

현재 화합물 반도체 나노구조는 광학적, 전기적 특성을 기반으로 하는 단전자 트랜지스터, 적외선 검출기, 레이저, 태양전지와 같은 분야에 응용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 양자점은 3차원으로 구속되어 있는 상태 밀도를 갖고 있어 레이저 응용 시 낮은 문턱 전류 밀도, 높은 이득, 높은 열적 안정성을 기대되고 있지만 양자점의 운반자 수집과 열적 안정성의 한계가 여전히 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 연구되고 있으며, 그 중 단층 양자점에 비해 운반자 수집과 열적 안정성이 뛰어난 다층 양자점이 결합된 구조에 대한 연구가 활발히 이루어지고, 다층으로 성장된 양자점 구조는 양자점의 크기 분포 조절이 용이하고 양자점 층간의 전기적 결합력이 강한 특성이 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(Atomic Layer Epitaxy; ALE)으로 CdTe/ZnTe 다층 양자점을 ZnTe 장벽층의 두께를 변화하면서 성장 후 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광루미네센스 측정(Photoluminescence; PL)을 통하여 ZnTe 장벽층 두께가 증가할수록 양자점의 PL 피크가 높은 에너지로 이동함을 알 수 있었는데, 이는 ZnTe 장벽층의 두께가 증가할수록 양자점 층간의 결합력이 감소하면서 양자점의 크기가 작아졌기 때문이다. 그리고 ZnTe 장벽층의 두께가 증가할수록 PL 세기가 커지는 것을 알 수 있었는데, 이는 ZnTe 장벽층의 두께가 증가할수록 더 많은 운반자가 양자점으로 구속되기 때문이다. 또한 온도 의존 광루미네센스 측정 결과 ZnTe 장벽층의 두께가 증가할수록 열적 활성화 에너지가 커지는 것을 관찰하였고, 시분해 광루미네센스 측정을 통해 ZnTe 장벽층의 두께에 따른 운반자 동역학에 대해 연구하였다. 이와 같은 결과 CdTe/ZnTe 다층 양자점 구조에서 장벽층의 두께에 따른 광학적 특성에 대해 이해 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.235-235
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• 2010

본 연구에서는 태양전지의 활성영역에 삽입할 InAs 양자점에 AlxGax-1As 장벽층을 삽입하여 그 두께변화에 따른 광학적 특성 변화를 photoreflectance spectroscopy (PR)과 photoluminescence (PL)를 이용하여 연구하였다. 본 연구에 사용된 InAs/AlGaAs 양자점 구조는 GaAs (100) 기판 위에 GaAs buffer layer를 500 nm 성장 ($Ts=580^{\circ}C$) 후 기판온도 $470^{\circ}C$에서 InAs 양자점, GaAs cap 층과 AlxGax-1As 장벽층 순서로 5 층의 InAs/GaAs/AlxGax-1As 양자점 구조를 형성하였다. GaAs cap 층의 두께는 4 nm로 고정하고 AlGaAs 장벽층 두께를 0~6 nm 까지 변화시켰다. 각 양자점 층 사이에 AlxGax-1As 장벽층의 삽입 유무에 따라 PR 신호에서 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주기 변화가 관측되었다. AlGaAs 두께가 증가 할수록 PL 신호의 세기가 증가함을 보였으며 PL 신호의 온도의존 특성이 변화됨을 관측할 수 있었다. AlGaAs 장벽층 대신 AlAs 장벽층을 삽입한 시료에서도 유사한 경향성을 관측하였으며, 이는 양자점에 구속된 운반자의 터널링 현상과 높은 장벽층에 의한 운반자의 구속 강도의 변화에 의한 것으로 사료된다. 특히 장벽층의 유무에 따른 FKO의 변화는 시료의 표면 전기장의 변화에 기인한 것으로 운반자의 구속효과뿐만 아니라 InAs 양자점 성장중 형성된 표면결함 밀도의 변화에 의한 것으로 추정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.197.1-197.1
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• 2015

현재 화합물 반도체 나노구조는 적외선 검출기, 레이저, 발광 다이오드, 단전자 트랜지스터, 태양전지 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 특히 양자점은 3차원으로 구속되어 있는 상태 밀도를 갖고 있어 레이저 응용 시 낮은 문턱 전류 밀도, 높은 이득, 높은 열적 안정성을 기대되고 있다. 하지만 양자점의 크기가 불규칙적이고 운반자 수집의 한계로 인하여 기대 이하의 온도 안정성을 갖고 있어 이를 극복하기 위해 양자점의 크기와 운반자 수집을 제어하기 위해 다양한 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(Atomic Layer Epitaxy; ALE)으로 크기가 다른 CdTe/ZnTe 이중 양자점을 ZnTe 장벽층의 두께에 변화하면서 성장 후 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광루미네센스 측정(Photoluminescence; PL) 측정 결과 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 광 루미네센스의 세기가 감소하면서 큰 양자점의 세기가 증가하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 운반자들이 큰 양자점으로 이동되는 양이 많아지기 때문이다. 또한 장벽층 두께가 작아질수록 큰 양자점의 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 단층 양자점의 반치폭 보다 감소하는 것을 관찰 할 수 있었는데 이는 작은 양자점과 결합된 큰 양자점이 작은 양자점의 strain을 받아 크기의 균일함이 증가했기 때문이다. 이와 같은 결과 두 양자점이 결합된 이중 양자점 구조가 단층 양자점의 한계인 운반자 수집과 크기의 균일함을 향상할 수 있는 좋은 구조임을 제시하고 있다.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.3 no.3
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• pp.183-190
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• 1992

Luminescence properties of asymmetric double quantum well structure composed of $Al_x/Ga_{1-x}$ /As AIAs/GaAs have been studied by steady state and time-resolved photoluminescence and phtoluminescence excitation spectroscopy at low temperature. Two quantum well samples with different barrier thickness (15$\AA$ and 150$\AA$) were prepared to investigate the dependence of tunneling characteristics on barrier thickness. The abscence of excitonic recombination peak from $Al_x/Ga_{1-x}$As well for the 15$\AA$ barrier sample indicates a very fast electron tunneling to GaAs well. Meanwhile, T-X transition between well and barrier is supposed to be a major route for the fast decay of luminescence from $Al_x/Ga_{1-x}$As well in the 150$\AA$ barrier sample. Time-resolved photduminescence from GaAs well of 15$\AA$ sample shows the exsitence of the rise with 100 ps which is attributed to the hole tunneling.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.165-165
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• 2010

$1.55\;{\mu}m$ 대역의 레이저 다이오드를 제작하기 위해, InP(001) 기판에 InAlGaAs 물질을 장벽층으로 하는 InAs 양자점 구조를 분자선증착기 (MBE)를 이용하여 성장하고 구조 및 광학적 특성을 Double Crystal X-ray Diffraction (DCXRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Photoluminescence (PL)을 이용하여 평가하였다. 일반적으로 InAlGaAs 물질은 고유한 상분리 현상 (Phase Separation)이 나타나는 특성이 있으며, 이는 양자점 성장에 중요한 요인으로 작용할 수 있다. 이러한 InAlGaAs 물질의 상분리 현상을 기판온도 ($540^{\circ}C$, $555^{\circ}C$, $570^{\circ}C$)를 비롯한 성장변수를 변화시켜 제어하고 InAs 양자점 형성에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하였다. 540의 성장온도에서 InP(001) 기판에 격자정합한 InAlGaAs 장벽층이 성장온도를 $570^{\circ}C$로 증가시킬 경우 기판에 대하여 인장 응력 (Tensile Strain)을 받는 구조로 변화되었다. 인장응력을 받는 InAlGaAs 장벽층을 Ga Flux 양을 조절하여 격자정합한 InAlGaAs 층을 형성할 수 있었다. AFM을 통한 표면 형상 분석 결과, 서로 다른 기판온도에서 성장한 InAlGaAs 물질이 InP(001) 기판에 격자정합 조건일지라도 표면의 거칠기 (Surface Roughness)는 매우 다른 양상을 보였고 InAs 양자점 형성에 직접적으로 영향을 주었다. $570^{\circ}C$에서 성장한 InAlGaAs 위에 형성한 InAs 양자점의 가로방향 크기를 세로방향 크기로 나눈 비율이 1.03으로서, 555와 $540^{\circ}C$의 1.375 와 1.636와 비교할 때 모양 대칭성이 현저히 개선된 것을 알 수 있다. 상분리 현상이 줄어 표면 거칠기가 좋은 InAlGaAs 위에 양자점을 형성할 때 원자들의 이동도가 상대적으로 높아 InAs 양자점의 크기가 증가하고, 밀도가 감소하는 현상이 나타났다. 또한 InAlGaAs 장벽층이 InP(001) 기판을 기준으로 응력 (Compressive 또는 Tensile)이 존재하는 경우, InAs 양자점 모양이 격자정합 조건 보다 비대칭적으로 변하는 특성을 보여 주었다. 이로부터, 대칭성이 개선된 InAs 양자점 형성에 InAlGaAs 장벽층의 표면 거칠기와 응력이 중요한 변수로 작용함을 확인 할 수 있었다. PL 측정 결과, 발광파장은 $1.61\;{\mu}m$로 InAs 양자구조 형상에 따라 광강도 (Intensity), 반치폭 (Line-width broadening) 등이 변화 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.441-441
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• 2012

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 Photoreflectance (PR) spectra에서 표면 및 계면의 전기장(electric field) 특성을 반영한다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell, QDSC) 구조에서 InAs 양자점 층 전후에 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽(potential barrier) 두께에 따른 PR spectra 및 GaAs-matrix에서 FKO 주파수 특성을 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지는 p-i-n 구조의 i-GaAs에 2.0 monolayer (ML), 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하여 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 각 양자점 층 전후에 두께가 각각 0.0, 1.6, 2.8, 6.0 nm인 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 두께에 따른 FKO 주파수 변화를 관측하였다. 또한 태양전지 구조의 전기장 분포를 좀 더 용이하게 관측하기 위해 여기 광의 세기(power intensity)를 충분히 낮추어 Photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 최소화하여 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지 구조에서 AlGaAs 장벽층이 없는 경우, PR spectra의 Fast Fourier Transform 결과에 반영되는 FKO 주파수 특성은 p-i-n 구조 계면에서 공핍층(depletion region)의 space charge field보다 양자점 층의 내부 전기장에 의한 FKO 주파수가 더 큰 진폭(amplitude)을 보였다. 반면에, AlGaAs 장벽층이 삽입되면 두께가 커짐에 따라 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 의해 더 큰 진폭의 FKO 주파수가 관측되었다. 이는 AlGaAs 장벽층이 삽입됨으로써 양자점 층 내 양자 상태 수 및 여기광에 의한 캐리어의 수와 관련이 있음을 확인하였으며, 결과적으로 GaAs-matrix에서 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 이러한 PR 특성 결과들을 InAs/GaAs 양자점 태양전지의 설계 및 제조에 반영함으로써 양자효율 증대에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.158-158
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• 2010

본 연구에서는 분자선 박막성장 장비를 (MBE) 이용하여 droplet epitaxy 방법으로 성장시킨 GaAs/AlGaAs 양자점구조의 표면전기장변화에 관하여 photoreflectance spectroscopy (PR)를 이용하였다. 본 실험에 사용된 GaAs/AlGaAs 양자점 구조는 undoped-GaAs (001) 기판을 위에 성장온도 $580^{\circ}C$에서 GaAs buffer layer를 100 nm 성장 후 장벽층으로 AlGaAs을 100 nm 성장하였다. AlGaAs 장벽층을 성장한 후 기판온도를 $300^{\circ}C$로 설정하여 Ga을 3.75 원자층를 (ML) 조사하여 Ga drop을 형성하였다. Ga drop을 GaAs 나노구조로 결정화시키기 위하여 $As_4$를 beam equivalent pressure (BEP) 기준으로 $1{\times}10^{-4}$ Torr로 기판온도 $150^{\circ}C$에서 조사하였다. 결정화 직후 RHEED로 육각구조의 회절 페턴을 관측하여 결정화를 확인하였다. GaAs 나노 구조를 성장한 후 AlGaAs 장벽층을 성장하기위해 10 nm AlGaAs layer는 MEE 방법을 이용하여 $150^{\circ}C$에서 저온 성장 하였으며, 저온성장 후 기판온도를 $580^{\circ}C$로 설정하여 80 nm의 AlGaAs 층을 성장하고 최종적으로 GaAs 10 nm를 capping layer로 성장하였다. 저온성장 과정에서의 결정성의 저하를 보상하기위하여 MBE 챔버내에서 $650^{\circ}C$에서 열처리를 수행하였다. GaAs/AlGaAs 양자점의 광학적 특성은 photoluminescence를 이용하여 평가 하였으며 780 nm 근처에서 발광을 보여 주었다. 특히 PR 실험으로부터 시료의 전기장에 의한 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 변화를 관측하여 GaAs/AlGaAs 양자점의 존재에 의한 시료의 표면에 형성되는 표면전기장을 측정하였다. 또한 시료에 형성된 전기장의 세기를 계산하기위해 PR 신호로부터 fast Fourier transformation (FFT)을 이용하였다. 특히 온도의 존성실험을 통하여 표면전기장의 변화를 관측 하였으며 양자구속효과와 관련성에 대하여 고찰 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.189-189
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• 1999

초미세 전자 소자에 대한 개발에 대한 요구는 최근 들어 원자 단위의 구조물 제작에 대한 연구로까지 나아 가게 하고 있다. 좋은 물리적 성장을 가지는 양자도선(quantum wire), quantum dot와 같은 nano 단위 구조물 제작에 대한 요구는 그 가능성의 하나로 , 기울어진 vicinal) 표면위에서의 박막 성장에 대한 연구로 이어지고 있다. 기울어진 표면은 한 원자층으로 된 많은 계단들을 가지고 있는 표면이고, 이러한 계단들의 존재는 박막 성장 시 흡착 원자가 계단 끝에 부착될 확률을 증가 시켜, stepflow 성장과 같은 준 층별 성장을 만들 가능성을 높여주며, sub-ML증착에 대해서 원자가 계단면을 따라 길게 늘어선 양자도선과 같은 성장이 가능한 표면이라는 점에서 관심을 갖게 한다. 그러나 최근의 연구들에 의하면 기울어진 표면 위에서의 성장도 Schwoebel 장벽과 같은 분산 장벽의 존재로 계단과 수직인 축 방향으로 거친 모양의 island가 형성되는 Bails-Zangwill 불안정성이 나타나는 것으로 보고되고 있고, 이것은 준 층별 성장이나 양자 도선과 같은 성장을 방해하는 것으로 알려져 있다. 이러한 불안정성을 해결할 가능성으로 최근 들어 한 계단의 높이가 큰 step bunching 이 생겨난 표면위에서의 성장이 제기 되고 있으나, 아직 확인되지 않았다. 본 연구는 이러한 기울어진 표면 위에서 박막을 성장 할 때 층흐름(step flow) 성장이 가능한 역학적 동역학적 조건을 구하고자 하며, 방법으로는 KMC 시뮬레이션을 이용한다. 단원자로 구성된 계단이 있는 기울어진 표면 위에서의 homoepitaxy의 경우, 성장 양식은 계단과 계단 사이의 테라스 간격에 크게 의존한다. 테라스 간격이 좁을수록 성장은 보다 층흐름 성장에 근접한다. 그러나 다층으로 성장시킨 시뮬레이션의 결과는 일반적인 장벽 조건 아래에서는 계단의 방향과 수직인 방향으로 평평한 면에서와 동일한 크기를 가지는 island가 성장하는 것을 볼 수 있고, 이 것은 Bails-Zangwill 불안정성이다. 그러나 계단 사이의 테라스 간격이 매우 좁은 경우 5-6ML 성장 이하에서는 층흐름 성장과 동일한 성장이 이루어지나 계단을 따라서 미소한 크기의 거칠기가 나타난다. 동일한 기울어진 경사면에 대해서는 분산속도가 좋을수록 보다 계단 면을 따라 보다 큰 크기의 island가 나타난다. 분산 장벽과 같이 동역학적인 요소만으로는 완벽한 층흐름 성장은 높은 온도, 극히 낮은 분산 장벽이라는 조건 이외에는 얻기 어렵다. 그리고 층흐름 성장의 가능성으로 제시된 step bunching 일 일어난 다층 높이의 계단을 가진 면도 다층의 수만큼 계단수를 늘려주는 것과 동일한 결과가 나타나며, 이 경우도 층흐름 성장에는 근접하지만 완전한 형태의 성장은 얻기는 역시 어렵다. 따라서 원자단위의 도선이나 층흐름 성장은 계단과 계단 사이의 인력 또는 척력과 같은 역학적인 요소를 고려할 때 만이 가능할 것으로 보인다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.2
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• pp.186-193
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• 2006

In this study, we analyzed the electrical and optical properties of metalorganic chemical vapor deposition grown InGaAs/InGaAsP/InP quantum dot(QD) molecules by using photoluminescence and deep-level transient spectroscopy. From these resulte, the energy levels of the large QDs are located at deeper region from the conduction band edge of the barrier than that of the small QDs, The large QDs seem to have the energy states more than two, and these energy levels of the QD molecules are located at 0.35, 0.42, and 0.45 eV from conduction band edge under -4 V reverse bias conditions. The energy levels are closely coupled under low reverse bias, and then decoupled as the bias voltage is increased.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2012.10a
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• pp.251-254
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• 2012

In this paper, the output characteristics of GaN-based LED considering quantum well structure are analyzed. The basic structure of the LED consists of active region of GaN barrier and InGaN quantum well between AlGaN EBL(Electron Blocking Layer) and AlGaN HBL(Hole Blocking Layer) on GaN buffer layer. The output power, internal quantum efficiency characteristics of LED active region considering thickness of quantum well, number of quantum well and doping of barrier are analyzed using ISE-TCAD.