• The Magazine of the IEIE
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• v.30 no.5
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• pp.499-508
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• 2003

실제 실험에 사용한 대표적인 InAs/GaAs QUDIP에 대해서 detector를 평가하는데 사용하는 responsitity D*뿐만 아니라 이두 값을 좌우하는 phottoconductive gain 양자효율 noise current에 대해 정량적으로 살펴보고 QWIP와 비교해보았다 우선 가장 중요한 것은 QDIP의 온도가 약 10K에서 거의 200K까지 올라가도 responsivity와 D* 모두 온도에 따라 민감하게감소하지 않는다는 사실이다(거의 10배 정도만 감소했음). 이러한 측정결과는 QDIP의 가장 큰 장점인 실온 동작 가능성이 아주 높음을 확인시켜 준다. 참고로, 이미 사용되고 있는 QWIP나 MCT detector는 낮은 온도 영역에서도 온도가 증가함에 따라 responsivity와 D*가 민감하게 감소해서 77K 이상에서는 동작하지 않는다. 두번째로, QWIP는 시료의 표면에 수직 입사되는 IR에 반응하지 않는데, QDIP는 시료의 표면에 수직 입사되는 IR에도 잘 반응함을 확인하였다. 이러한 두 가지 특성은 QDIP가 가질 것이라고 예상되던 QDIP의 가장 큰 장점으로, QDIP가 mid IR이나 far IR detector로서의 전망이 아주 밝음을 보여준다. 저온에서 QDIP의 responsivity는 수 A/W 로, 보통의 QWIP의 responsivity가 수십 mA/W인 것을 고려할 때, 충분히 큰 값이었다. QDIP의 responsivity가 이렇게 큰 이유는 photo-conductive gain이 1000 이상으로 매우 컸기 때문이었다. 반면에, 양자효율은 0.01% 이하로 아주 작았는데, 이것은 흡수 계수 자체보다는 흡수 두께가 작기 때문인 것 같고, 따라서 QDIP의 주기 수를 늘릴 필요가 있음을 알았다. Detector를 평가하는데 가장 중요한 것은 responsivity보다는 D*인데, photoconductive gain과 양자효율의 곱에 비례하는 responsivity는 $\sim$A/W로 충분히 컸지만, 반면에 D*는 $\sim$2E8으로 QWIP에 비해 작았다. 이것은 noise current가 컸기 때문이며 이를 줄이는 것이 중요하다. Noise current의 주된 요인이 dark current에 비례하는 g-r noise이므로, dark current를 줄이는 구조가 필요하다. 대표적인 예가 AlGaAs 같은 additional barrier를 넣어 dark current를 줄이는 방법이다. QDIP의 주기 수를 늘리는 것도 dark current를 줄이는 데 도움이 될 것이다.

• Applied Science and Convergence Technology
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• v.24 no.6
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• pp.257-261
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• 2015

We report on GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetectors (QWIPs) that can cover the spectral range of $3.6-25{\mu}m$. One advantage of the GaAs QWIPs is the wavelength tenability as a function of their structural parameters. We have performed a systematic calculation on the detection wavelength of a typical $GaAs/Al_xGa_{1-x}As$ multi-quantum-well photodetector, with the aluminum mole fraction (x) of $Al_xGa_{1-x}As$ barrier in the range of 0.15-0.43 and the quantum-well width range from 30 to 60 $60{\AA}$. Design and fabrication of a QWIP based on $GaAs/Al_{0.23}Ga_{0.77}As$ structure with $37{\AA}$-thick well width has been carried out. The calculated operation wavelength of the QWIP is in a good agreement with the experimental data taken by photo response and activation energy calculation from thermal quenching of integrated photoluminescence.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.324-325
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• 2014

Quantum wells infrared photodetectors (QWIPs) have been used to detect infrared radiations through the principle based on the localized stated in quantum wells (QWs) [1]. The mature III-V compound semiconductor technology used to fabricate these devices results in much lower costs, larger array sizes, higher pixel operability, and better uniformity than those achievable with competing technologies such as HgCdTe. Especially, GaAs/AlGaAs QWIPs have been extensively used for large focal plane arrays (FPAs) of infrared imaging system. However, the research efforts for increasing sensitivity and operating temperature of the QWIPs still have pursued. The modification of heterostructures [2] and the various fabrications for preventing polarization selection rule [3] were suggested. In order to enhance optical performances of the QWIPs, double barrier quantum well (DBQW) structures will be introduced as the absorption layers for the suggested QWIPs. The DBWQ structure is an adequate solution for photodetectors working in the mid-wavelength infrared (MWIR) region and broadens the responsivity spectrum [4]. In this study, InGaAs/GaAs/AlGaAs double barrier quantum well infrared photodetectors (DB-QWIPs) are successfully fabricated and characterized. The heterostructures of the InGaAs/GaAs/AlGaAs DB-QWIPs are grown by molecular beam epitaxy (MBE) system. Photoluminescence (PL) spectroscopy is used to examine the heterostructures of the InGaAs/GaAs/AlGaAs DB-QWIP. The mesa-type DB-QWIPs (Area : $2mm{\times}2mm$) are fabricated by conventional optical lithography and wet etching process and Ni/Ge/Au ohmic contacts were evaporated onto the top and bottom layers. The dark current are measured at different temperatures and the temperature and applied bias dependence of the intersubband photocurrents are studied by using Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) system equipped with cryostat. The photovoltaic behavior of the DB-QWIPs can be observed up to 120 K due to the generated built-in electric field caused from the asymmetric heterostructures of the DB-QWIPs. The fabricated DB-QWIPs exhibit spectral photoresponses at wavelengths range from 3 to $7{\mu}m$. Grating structure formed on the window surface of the DB-QWIP will induce the enhancement of optical responses.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.170.1-170.1
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• 2015

안티모니 (Sb)를 기반으로 한 제2형 초격자 (Type II superlattice, T2SL)구조 적외선 검출기 연구는 2000년대 들어 Sb 계열의 화합물 반도체 성장 기술이 발전함에 따라 HgCdTe (MCT), InSb, 양자우물 적외선 검출기 (QWIP)를 대체할 수 있는 고성능의 양자형 적외선 검출 소재로 부상하였으며, 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 기존의 양자형 적외선 검출소자에 비해 전자의 유효질량이 상대적으로 커서 밴드 간의 투과전류가 줄어들 뿐만 아니라, 전자와 정공이 서로 다른 물질 영역에 분포하여 Auger 재결합률을 효과적으로 줄일 수 있어 상온 동작이 가능한 소재로 주목을 받고 있다. 또한, T2SL 구조는 초격자를 구성하는 물질의 두께나 조성 변화를 통한 밴드갭 변조가 용이하여 단파장에서 장파장 적외선에 이르는 광범위한 파장 대역에서 동작이 가능할 뿐만 아니라 구조적 변화를 통해 이중 대역을 동시에 검출 할 수 있는 차세대 적외선 열영상 소자로 알려져 있다. 본 연구에서는 분자선 에피택시(MBE)법을 이용하여 300 주기의 InAs/GaSb (10/10 ML) 제2형 초격자 구조를 성장하여 적외선 검출소자를 제작하였다. 제2형 초격자 구조를 구성하는 물질계에 p-type dopant인 Be을 이용하여 각각 도핑 농도가 다른 시료를 성장하였다. 이때 p-type 도핑 농도는 각각 $1/5/10{\times}10^{15}cm^{-3}$로 변화를 주었다. 성장된 시료의 구조적 특성 분석을 위해 고분해능 X선 회절 (High resolution X-ray diffraction, HRXRD)법을 이용하였으며, 초격자 한 주기의 두께가 6.2~6.4 nm 로 설계된 구조와 동일하게 성장됨을 확인 하였으며, 1차 위성피크의 반치폭은 30~80 arcsec로 우수한 결정성을 가짐을 확인하였다. 적외선 검출을 위한 $410{\times}410{\mu}m^2$ 크기의 단위 소자 공정을 진행하였으며 이때 적외선의 전면 입사를 위해 소자 위에 $300{\mu}m$의 윈도우 창을 제작하였다. 단위 소자의 측벽에는 표면 누설 전류가 흐르는데 이를 방지하기 위해서 표면보호막을 증착하였다. 적외선 검출 소자의 전기적 특성 평가를 위해 각각의 시료의 암전류 (dark current)와 파장별 반응 (spectral response)을 온도별로 측정하여 비교 및 분석하였다.