• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제27권8호
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• pp.211-218
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• 2022

광반사 변조 분광법에서 측정된 결과를 해석하기 위하여 전산모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 광반사 변조 분광 특성해석에 필요한 인자들을 사용자가 손쉽게 바꿀 수 있으며, 그 값에 따른 결과를 실제 측정 결과와 동시에 확인할 수 있도록 구현하였다. 광반사 변조 분광법에서 얻어지는 결과는 밴드갭 주변에서 변조되어 나타나는 TDFF(Third Derivative Function Form)와 밴드갭보다 높은 에너지에서 나타나는 표면 및 계면에서의 전기장에 기인한 FKO(Franz-Keldysh Oscillation)신호가 혼합하여 나타난다. 전산모사 프로그램을 통하여, 실제로 단일층으로 형성된 GaSb Epi 층에서 나타나는 광변조 특성에 대하여 해석하였으며, 광변조 분석에 특화되어 매우 유용한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, FFT (Fast Fourier Transform) 해석 Tool을 추가하여 FKO의 주파수 특성분석을 보다 용이하게 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.429-429
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• 2012

본 연구에서는 분자선 박막 성장법(MBE)으로 성장된 GaAs single junction solar cell의 광학적 특성 변화를 photoreflectance (PR)을 이용하여 연구하였다. 본 연구에 사용된 태양전지 구조는 n+-GaAs (100)기판 위에 n+-GaAs buffer를 200 nm 성장 후 그 위에 i-GaAs 250 nm와 p+-GaAs 200 nm 성장 하였다. 상온에서 PR 측정 결과, 변조빔 세기가 증가할수록 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주파수가 증가하는 현상이 관측되었다. 이는 변조빔의 세기가 강해질수록 광케리어수의 증가로 인한 스크리닝 효과에 기인한 것으로 사료된다. 아울러 Fast Fourier transform (FFT) 결과, 변조빔의 세기가 약할 때는 세 개의 주된 피크가 나타났으며, 이러한 현상은 GaAs에서 가전자대의 heavy hole (HH)과 light hole (LH)의 전이로 인해 나타나는 FKO 신호가 중첩되어 HH과 LH 피크가 HH과 HH-,LH과 LH-로 나뉘어진 것으로 사료된다. 여기광의 세기가 $1.40mW/cm^2$ 이상일 때는 주된 세 개 피크 이외에 부가적인 피크가 상대적으로 고 주파수 영역에서 관측되었다. 이러한 고주파수 영역에서의 나타나는 FKO 주파수는 시료의 내부전기장이 여기광의 세기가 증가할수록 감소하는 결과로 사료된다.

• 한국진공학회지
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• 제7권4호
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• pp.341-347
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• 1998

MBE법에 의해 성장된 AlxGa1-xAs 에피층의 특성을 photoreflectance(PR) 측정으로 분석하였다. Low power Franz Keldysh(LPFK)를 만족하는 GaAs 완충층에 의한 Frang-Keldysh Oscillation(FKO) 분석에서 띠간격에너지(E0) 값은 1.415eV, 계면 전기장(Ei) 은 1.05$\times$104V/cm, 운반자 농도(Ns)는 $1.3{\times}10^{15}\textrm{cm}^{-3}$이였다. PR상온 스펙트럼 분석에서 Eo(AlxGa1-xAs) 신호 아래 $A^*$피크는 시료 성장시 존재하는 불순물 carbon에 의한 것으로 완충층 GaAs보다 다소 PR신호 세기가 낮고 왜곡된 신호를 나타내었다. 또한, GaAs완충층 의 트랩 특성시간은 약0.086ms정도이며, 1.42eV 부근 두 개의 중첩된 PR신호는 화학적 식 각으로 GaAs의 기판에 의해 나타나는 3차 미분형 신호와 GaAs완충층에 의해 나타나는 FKO신호가 중첩되어 나타남을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.426-426
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• 2012

본 연구에서는 GaAs p-i-n 접합 구조에 InAs 양자점을 삽입한 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell; QDSC)의 내부 전기장(internal electric field)을 조사하기 위하여 Photoreflectance (PR) 방법을 이용하였다. QDSC 구조는 GaAs p-i-n 구조의 공핍층 내에 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하였으며 각 양자점 층은 40 nm 두께의 i-GaAs로 분리하였다. InAs/GaAs QDSC는 분자선박막 성장장치(molecular beam epitaxy; MBE)를 이용하여 성장하였다. 이 때 양자점의 형성은 InAs 2.0 ML(monolayer)를 기판온도 $470^{\circ}C$에서 증착하였다. QDSC 구조에서 여기광원의 세기에 따른 전기장의 변화를 조사하였다. 아울러 양자점 층 사이의 i-GaAs 층 내에 6.0 nm의 AlGaAs 퍼텐셜 장벽(potential barrier)을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 유무에 따른 전기장 변화를 조사하였다. PR 측정에서 여기광원으로는 633 nm의 He-Ne 레이저를 이용하였으며 여기광의 세기는 $2mW/cm^2$에서 $90mW/cm^2$까지 변화를 주어 여기광세기 의존성실험을 수행하였다. 여기광의 세기가 증가할수록 photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 관측할 수 있었다. PR 결과로부터 p-i-n 구조의 p-i 영역과 i-n 접합 계면의 junction field를 검출하였다. p-i-n의 i-영역에 양자점을 삽입한 경우 PR 신호에서 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주파수가 p-i-n 구조와 비교하여 변조됨을 관측하였다. 이러한 FKO 주파수성분은 fast Fourier transform (FFT)을 이용하여 검출하였다. FKO의 주파수 성분들은 고전기장하에서 electron-heavyhole (e-hh)과 electron-lighthole (e-lh) 전이에 의해 나타나는 성분으로 확인되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.306-307
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• 2011

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 공핍층(depletion zone)에서 전기장(electric field)에 의해 발생되며, Photoreflectance (PR) spectroscopy를 통하여 관측된다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cells, QDSCs)에서 PR 신호에 대한 Fast Fourier Transform (FFT)을 통하여 FKO 주파수들을 관측할 수 있고, 각각의 FKO 주파수들은 태양전지 구조에 대응하는 표면 및 내부전기장(internal electric field) 들로 분류할 수 있다. InAs/GaAs 양자점 태양전지에서 AlGaAs potential barrier의 두께에 따른 내부전기장의 변화를 조사하기 위해, GaAs-matrix에 8주기의 InAs 양자점 층이 삽입된 태양전지를 molecular beam epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 양자점의 크기는 2.0 monolayer (ML)이며, 각 양자점 층은 1.6 nm에서 6.0 nm의 AlGaAs potential barrier들로 분리되어 있다. 또한 양자점 층의 위치에 따라 내부전기장 변화를 조사하기 위해, p-i-n 구조에서 양자점 층이 공핍층 내에 위치한 경우와 p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 n-base 영역에 삽입하여 실험결과를 비교분석하였다. PR 실험결과로부터, p-i-n 구조에서 InAs 양자점 태양전지의 내부전기장 변화는 potential barrier 두께에 따라 다소 복잡한 변화를 보였으며, 이는 양자점 층이 공핍층 내에 위치함으로써 격자 불일치(lattice mismatch)로 발생된 응력(strain)의 영향으로 설명할 수 있다. 이러한 결과들을 각각의 태양전지 구조에서 표면 및 내부전기장에 대해 계산된 값들에 근거하여, p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 영역에 삽입된 경우의 결과와 비교해 보면 내부전기장의 변화는 더욱 분명해진다. 즉, 양자점 층의 potential barrier의 두께를 조절하거나, 양자점 층의 위치를 변화시킴으로써 양자점 태양전지의 내부전기장을 조작할 수 있으며, 이는 PR 실험을 통해 FKO를 관측함으로써 확인할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제6권2호
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• pp.136-142
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• 1997

An/n-GaAs(100) Schottky 장벽 diode를 제작하여 변조전압($V_{ac}$) 및 dc 바이어스 전 압($V_{bias}$) 변화에 따른 electroreflectance(ER)를 측정하였다. 관측된 Franz-Keldysh oscillation(FKO) 피크로부터 이 시료의 내부 전기장($E_i$)은 $5.76\times 10^{4}$V/cm였다. $V_{ac}$를 변화시 킴에 따라 ER신호의 모양은 변화가 없고, 진폭만 선형적으로 증가하였다. 순방향 및 역방향 의 $V_{bias}$변화에 따라 ER신호의 진폭은 감소하였으며, $V_{bias}$가 -5.0~0.6V로 증가함에 따라 Ei 는 $19.3\times 10^4\sim4.39\times10^4$V/cm로 감소하였다. 그리고 $V_{bias}$변화에 대한 $E_i^2$의 그래프로부터 built-in 전압(Vbi)은 0.70V였으며, 이 값은 $V_{bias}$변화에 따른 FKO피크의 진폭 관계 그래프 에서 얻은 결과와 잘 일치하였다. 또한 이 시료의 캐리어 농도(N)와 전위장벽($\Phi$)은 300K에 서 각각 $2.4\times 10^{16}\textrm{cm}^{-3}$와 0.78eV의 값을 얻었다.

• 한국재료학회지
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• 제4권6호
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• pp.723-729
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• 1994

Si이 고농도로 첨가된 n-GaAs(100)의 Photoreflectance(PR)에 대하여 조사하였다. PR 응답은 변조빔 세기, 변조 주파수 및 온도에 의존함음 알았다. 관측된 Frantz-Keldysh oscillation(FKO)으로 부터, 띠간격 에너지($E_o$)와 표면전장(($E_s$)을 결정하였다. 온도가 상온에서 77K로 감소시킴에 따라, 띠간격 에너지는 증가하는 반면에 , 표면전장은 감소한다. 결정성은 $500^{\circ}C$에서 5분간 열처리후 크게 향상되었다.

• 한국진공학회지
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• 제6권3호
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• pp.263-266
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• 1997

$In_{0.1}Ga_{0.9}As$/GaAs의 계면 특성을 상온에서 photoreflectance(PR) 측정을 통하여 연구 하였다. 에피층의 두께가 증가함에 따라 PR 신호에서 Franz-Keldysh oscillation(FKO)의 주 기가 감소하였고, 계면 전기장은 감소되었다. 이것은 InGaAs와 GaAs의 이종접합계면 부근 에서 격자부정합에 의한 결함이 증가되었기 때문으로 생각된다. 에피층의 두께가 300$\AA$보다 적은 경우 두께가 얇아짐에 따라 InGaAs층이 임계 두께에 가까워져 strain의 영향으로 밴 드갭 에너지가 크게 이동하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.107-107
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• 2012

본 연구에서는 GaAs p-i-n 태양전지구조에 InAs 양자점을 삽입하여 계면의 전기장 변화를 Photoreflectance (PR) 방법으로 연구하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지구조는 n-GaAs 기판위에 p-i-n 구조의 태양전지를 분자선박막성장 장치를 이용하여 제작하였다. GaAs p-i-n 태양전지와 p-QD(i)-n 양자점 태양전지를 제작하여 계면전기장의 변화를 PR 신호에 나타난 Franz-Keldysh oscillation (FKO)으로부터 측정하였다. 기본적인 p-i-n 구조에서 두 가지 전기장성분을 검출 하였고 양자점 태양전지구조에서는 39 kV/cm 이상의 내부전기장이 존재함을 관측하였다. 이러한 내부전기장은 양자점 주변에 형성된 국소전기장의 효과로 추측하였다. 아울러 양자점을 AlGaAs 양자우물 구조에 삽입하여 케리어의 구속에 의한 FKO의 변화를 관측하였으며 양자점 태양전지의 구조적 변화에 따른 효율을 측정하여 비교 분석하였다.