• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.173-173
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• 2010

Recently, a patterned sapphire substrate (PSS) has been intensively used as one of the effective ways to reduce the dislocation density for the III-nitride epitaxial layers aiming for the application of high-performance, especially high-brightness, light-emitting diodes (LEDs). In this paper, we analyze the growth kinetics of the atoms and crystalline quality for the undopped-GaN depending on the facets of the pattern fabricated on a sapphire substrate. The effects of the PSS on the device characteristics of InGaN/GaN LEDs were also investigated. Several GaN samples were grown on the PSS under the different growth conditions. And the undoped-GaN layer was grown on a planar sapphire substrate as a reference. For the (002) plane of the undoped-GaN layer, as an example, the line-width broadening of the x-ray diffraction (XRD) spectrum on a planar sapphire substrate is 216.0 arcsec which is significantly narrower than that of 277.2 arcsec for the PSS. However, the line-width broadening for the (102) plane on the planar sapphire substrate (363.6 arcsec) is larger than that for the PSS (309.6 arcsec). Even though the growth parameters such as growth temperature, growth time, and pressure were systematically changed, this kind of trend in the line-width broadening of XRD spectrum was similar. The emission wavelength of the undoped-GaN layer on the PSS was red-shifted by 5.7 nm from that of the conventional LEDs (364.1 nm) under the same growth conditions. In addition, the intensity for the GaN layer on the PSS was three times larger than that of the planar case. The spatial variation in the emission wavelength of the undoped-GaN layer on the PSS was statistically ${\pm}0.5\;nm$ obtained from the photoluminescence mapping results throughout the whole wafer. These results will be discussed in terms of the mixed dislocation depending on the facets and the period of the patterns.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.121-121
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• 2010

ZnO is a promising material for the application of high efficiency light emitting diodes with short wavelength region for its large bandgap energy of 3.37 eV which is similar to GaN (3.39 eV) at room temperature. The large exciton binding energy of 60 meV in ZnO provide provides higher efficiency of emission for optoelectronic device applications. Several ZnO/ZnMgO multiple quantum well (MQW) structures have been grown on various substrates such as sapphire, GaN, Si, and so on. However, the achievement of high quality ZnO/ZnMgO MQW structures has been somehow limited by the use of lattice-mismatched substrates. Therefore, we propose the optical properties of ZnO/ZnMgO multiple quantum well (MQW) structures with different well widths grown on lattice-matched ZnO substrates by molecular beam epitaxy. Photoluminescence (PL) spectra show MQW emissions at 3.387 and 3.369 eV for the ZnO/ZnMgO MQW samples with well widths of 2 and 5 nm, respectively, due to the quantum confinement effect. Time-resolved PL results show an efficient photo-generated carrier transfer from the barrier to the MQWs, which leads to an increased intensity ratio of the well to barrier emissions for the ZnO/ZnMgO MQW sample with the wider width. From the power-dependent PL spectra, we observed no PL peak shift of MQW emission in both samples, indicating a negligible built-in electric field effect in the ZnO/$Zn_{0.9}Mg_{0.1}O$ MQWs grown on lattice-matched ZnO substrates.

• 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.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.5
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• pp.1-6
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• 2019

Organic dye-doped silica nanoparticles are used as a promising nanomaterials for bio-labeling, bio-imaging and bio-sensing. Fluorescent silica nanoparticles(NPs) have been synthesized by the modified $St{\ddot{o}}ber$ method. In this study, dye-free fluorescent silica NPs of various sized were synthesized by Sol-Gel process as the modified $St{\ddot{o}}ber$ method. The functional material of APTES((3-aminopropyl)triethoxysilane) was added as an additive during the Sol-Gel process. The as-synthesized silica NPs were calcined at $400^{\circ}C$ for 2 hours. The surface morphology and particle size of the as-synthesized silica NPs were characterized by field-emission scanning electron microscopy. The fluorescent characteristics of the as-synthesized silica NPs was confirmed by UV lamp irradiation of 365 nm wavelength. The photoluminescence (PL) of the as-synthesized silica NPs with different size was analyzed by fluorometry. As the results, the as-synthesized silica NPs exhibits same blue fluorescent characteristics for different NPs size. Especially, as increased of the silica NPs size, the intensity of PL was decreased. The blue fluorescence of dye-free silica NPs was attributed to linkage of $NH_2$ groups of the APTES layer and oxygen-related defects in the silica matrix skeleton.

• New Physics: Sae Mulli
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• v.68 no.12
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• pp.1308-1314
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• 2018

$Er^{3+}$ and $Yb^{3+}$ co-doped $Y_3Ga_5O_{12}$ polycrystalline powders were prepared by using a solid-state reaction method, and their crystallinities were measured using X-ray diffraction. According to the results of X-ray diffraction, the powders showed a polycrystalline tetragonal structure. The photoluminescence and the upconversion luminescence properties of the $(Y_{0.85-x}Yb_{0.15})_3Ga_5O_{12}:Er^{3+}_x$ (x = 0.03, 0.06, 0.09, 0.12 and 0.15) phosphors were investigated in detail. Green and red upconversion emissions were observed for the phosphors excited by 980 nm radiation from a semiconductor laser. The powders exhibited strong green and weak red upconversion emission peaks at 553 and 660 nm, respectively. Also, their upconversion processes were explained using an energy-diagram analysis and the strongest upconversion intensity was emitted by the powder with a 0.12 mol $Er^{3+}$ ion concentration.

• Journal of radiological science and technology
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• v.29 no.3
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• pp.141-145
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• 2006

In this study, $Eu^{2+}$ ion was used as an activator in order to enhance the PL(photoluminescene) and PSL(photostimulated luminescence) intensity of $MCl_2:Eu^{2+}$(M = Ca, Sr, Ba)phosphors and the chracteristics of PL and PSL of the phosphors were investigated. The emission of $MCl_2:Eu^{2+}$(M = Ca, Sr, Ba) phosphors shows a shift wavelength when the host caution changes. The optimal preparing conditions of $CaCl_2:Eu^{2+}$ phosphor were 0.5 mol％ of $EuCl_2$ and the sintering temperature were $745^{\circ}C$, 45 min. in $H_2$ atmosphere. The PL and PSL spectra of $CaCl_2:Eu^{2+}$ locate in the range of $365{\sim}388\;nm$, peaking at 370 and 380 nm. The optimal preparing conditions of $BaCl_2:Eu^{2+}$ phosphor were 0.5 mol％ of $EuCl_2$ and the sintering temperature were $905^{\circ}C$, 45 min. in $H_2$ atmosphere. The PL and PSL spectra of $BaCl_2:Eu^{2+}$ locate in the range of $370{\sim}460\;nm$, peaking at 398 nm. The optimal preparing conditions of $SrCl_2:Eu^{2+}$ phosphor were 0.5mol％ of $EuCl_2$ and the sintering temperature were $840^{\circ}C$, 45min. in $H_2$ atmosphere. The PL and PSL spectra of $SrCl_2:Eu^{2+}$ locate in the range of $380{\sim}440\;nm$, peaking at 407 nm. The dose response of the $MCl_2:Eu^{2+}$(0.5 mol%)(M = Ba, Sr) phosphors were linear within $0.25{\sim}200\;mGy$ of 100 kV X-ray and the PSL intensity of the $SrCl_2:Eu^{2+}$ and $BaCl_2:Eu^{2+}$ phosphors faded to approximately 60 and 40% respectively after 120 min at room temperature.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.25 no.5
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• pp.455-462
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• 2014

This work investigated the hydrophobic coating of silicate yellow phosphor powder in the form of divalent europium-activated strontium orthosilicate ($Sr_2SiO_4:Eu^{2+}$) by using an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma with argon as a carrier and hexamethyldisiloxane (HMDSO), toluene and n-hexane as precursors. After the plasma treatment of the phosphor powder, the lattice structure of orthosilicate was not altered, as confirmed by an X-ray diffractometer. The coated phosphor powder was characterized by scanning electron microscopy, fluorescence spectrophotometry and contact angle analysis (CAA). The CAA of the phosphor powder coated with the HMDSO precursor revealed that the water contact angle increased from $21.3^{\circ}$ to $139.5^{\circ}$ (max. $148.7^{\circ}$) and the glycerol contact angle from $55^{\circ}$ to $143.5^{\circ}$ (max. $145.3^{\circ}$) as a result of the hydrophobic coating, which indicated that hydrophobic layers were successfully formed on the phosphor powder surfaces. Further surface characterizations were performed by Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectrometry, which also evidenced the formation of hydrophobic coating layers. The phosphor coated with HMDSO exhibited a photoluminescence (PL) enhancement, but the use of toluene or n-hexane somewhat decreased the PL intensity. The results of this work suggest that the DBD plasma may be a viable method for the preparation of hydrophobic coating layer on phosphor powder.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.134-135
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• 2011

양자점은 전자와 양공을 3차원으로 속박 시키므로 기존의 bulk나 양자우물보다 양자점을 이용한 레이저 다이오드의 경우 낮은 문턱 전류, 높은 미분이득 및 온도 안전성의 장점이 있을 거라 기대되고 있다. 그러나, 양자점은 낮은 areal coverage 때문에 높은 속박효율을 얻지 못하고 있다. 이러한 양자점의 문제점을 해결하기 위해 양자점을 양자우물 안에 성장시켜 운반자들의 포획을 향상시키는 방법들이 연구되고 있다. 양자우물 안에 양자점을 넣으면 양자우물이 운반자들의 포획을 증가 시키고, 열적 방출도 억제하여 온도 안정성이 향상 되는 것으로 알려져 있다. 광통신 대역의 1.3 ${\mu}m$ 경우, GaAs계를 이용하여 InAs 양자점을 strained InGaAs 박막을 우물층으로 한 dot-in-a-well 구조의 연구는 몇몇 보고된 바 있다. 그러나 InP계를 사용하는 1.55 ${\mu}m$ 대역에서 dot-in-a-well구조의 연구는 아직 미미하다. 본 연구에서는 유기 금속 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition)을 이용하여 InP 기판 위에 InAs 양자점을 자발성장법으로 성장하였으며 dot-in-a-well 구조에서 우물층으로 1.35 ${\mu}m$ 파장의 $In_{0.69}Ga_{0.31}As_{0.67}P_{0.33}$ (1.35Q)를, 장벽층으로는 1.1 ${\mu}m$ 파장의 $In_{0.85}Ga_{0.15}As_{0.32}P_{0.68}$(1.1Q)를 사용하였다. 양자우물층과 장벽층은 모두 InP 기판과 격자가 일치하는 조건으로 성장하였다. III족 원료로는 trimethylindium (TMI)와 trimethylgalium (TMGa)을 사용하였으며 V족 원료 가스로는 $PH_3$ 100%, $AsH_3$ 100%를, carrier gas로는 $H_2$를 사용하였다. InP buffer층의 성장 온도는 640$^{\circ}C$이며 양자점 성장 온도는 520$^{\circ}C$이다. 양자점 형성은 원자력간 현미경(Atomic force microscopy)를 이용하여 확인하였으며, 박막의 결정성은 쌍결정 회절분석(Double crystal x-ray deffractometry)를 이용하여 확인하였다. 확인된 성장 조건을 이용하여 양자점 시료를 성장하였으며 광여기분광법(Photoluminescence)을 이용하여 광특성을 분석하였다. Fig. 1은 dot in a barrier 와 dot-in-a-well 시료의 성장구조이다. Fig. 1(a)는 일반적인 dot-in-a-barrier 구조로 InP buffer층을 성장하고 1.1Q를 100 nm 성장한 후 양자점을 성장하였다. 그 후 1.1Q 100 nm와 InP 100 nm로 capping하였다. Fig. 1(b)는 dot-in-a-well 구조로 InP buffer층을 성장하고 1.1Q를 100 nm 성장 후 1.35Q 우물층을 4 nm 성장하였다. 그 위에 InAs 양자점을 성장하였다. 그 후에 1.35Q 우물층을 4 nm 성장하고 1.1Q 100 nm와 InP 100 nm로 capping하였다. Fig. 2는 dot-in-a-barrier 시료와 dot-in-a-well 시료의 상온 PL data이다. Dot-in-a-barrier 시료의 PL 파장은 1544 nm이며 반치폭은 79.70 meV이다. Dot-in-a-well 시료의 파장은 1546 nm이며 반치폭은 70.80 meV이다. 두 시료의 PL 파장 변화는 없으며, 반치폭은 dot-in-a-well 시료가 8.9 meV 감소하였다. Dot-in-a-well 시료의 PL peak 강도는 57% 증가하였으며 적분강도(integration intensity)는 45%가 증가하였다. PL 데이터에서 높은 에너지의 반치폭 변화는 없으며 낮은 에너지의 반치폭은 8 meV 감소하였다. 적분강도 증가에서 dot-in-a-well 구조가 dot-in-a-barrier 구조보다 전자-양공의 재결합이 증가한다는 것을 알 수 있으며, 반치폭 변화로부터 특히 높은 에너지를 갖는 작은 양자점에서의 재결합이 증가 된 것을 알 수 있다. 이는 양자우물이 장벽보다 전자-양공의 구속력을 증가시키기 때문에 양자점에 전자와 양공의 공급을 증가시키기 때문이다. 따라서 낮은 에너지를 가지는 양자점을 모두 채우고 높은 에너지를 가지는 양자점까지 채우게 되므로, 높은 에너지를 가지는 양자점에서의 전자-양공 재결합이 증가되었기 때문이다. 뿐만 아니라 파장 변화 없이 PL peak 강도와 적분강도가 증가하고 낮은 에너지 쪽의 반치폭이 감소한 것으로부터 에너지가 낮은 양자점보다는 에너지가 높은 양자점에서의 전자-양공 재결합율이 급증하였음을 알 수 있다. 우리는 이와 같은 연구에서 InP계를 이용해 1.55 ${\mu}m$에서도 dot in a well구조를 성장 하여 더 좋은 특성을 낼 수 있으며 앞으로 많은 연구가 필요할 것이라 생각한다.