• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.216-222
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• 2006

InGaAs/GaAs 양자 우물 내에 삽입된 InAs 양자점으로 구성된 5층의 흡수층과 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As/GaAs$ SL (superlattice) 암전류 장벽층을 갖는 QDIP (quantum dot infrared photodetector) 구조에 대한 수소 RF 플라즈마에 의한 수소화 처리가 QDIP의 전기적. 광학적 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. RF 플라즈마 수소화 처리는 양자점의 밴드구조에 영향을 미치지 않았으며 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As/GaAs$ SL 암전류 장벽층 내의 결함 제거 및 QDIP 구조 내 결함 생성을 동시에 유도함으로써 QDIP의 전기적 특성 향상은 수소 플라즈마 처리시간의 함수임을 알았다. 20 W의 수소 RF 플라즈마를 사용했을 때, 10분간의 플라즈마 조사가 가장 좋은 전기적 특성을 제공하여 높은 암전류 때문에 원시료에서는 측정 할 수 없었던 광전류 신호를 측정 할 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제31권2호
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• pp.125-130
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• 2022

We describe the importance of zinc oxide nanoparticle (ZnO NP) concentration in the enhancement of electrical properties in a lead sulfide quantum dot (PbS QD)-based shortwave infrared (SWIR) photodetector. ZnO NPs were synthesized using the sol-gel method. The concentration of the ZnO NPs was controlled as 20, 30 and 40 mg/mL in this study. Note that the ZnO NPs layer is commonly used as an electron transport layer in PbS QDs SWIR photodetectors. The photo-to-dark ratio, which is an important parameter of a photodetector, was intensively examined to evaluate the electrical performance. The 20 mg/mL condition of ZnO NPs exhibited the highest photo-to-dark ratio value of 5 at -1 V, compared with 1.8 and 0.4 for 30 mg/mL and 40 mg/mL, respectively. This resulted because the electron mobility decreased when the concentration of ZnO NPs was higher than the optimized value. Based on our results, the concentration of ZnO NPs was observed to play an important role in the electrical performance of the PbS QDs SWIR photodetector.

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.223-230
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• 2006

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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.234-234
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• 2010

The PR transitions in asymmetric dot-in-double-quantum-well (DdWELL) photodetector is identified by bias-dependent spectral behaviors. Discrete n-i-n infrared photodetectors were fabricated on a 30-period asymmetric InAs-QD/[InGaAs/GaAs]/AlGaAs DdWELL wafer that was prepared by MBE technique. A 2.0-monolayer (ML) InAs QD ensemble was embedded in upper combined well of InGaAs/GaAs and each stack is separated by a 50-nm AlGaAs barrier. Each pixel has circular aperture of 300 um in diameter, and the mesa cell ($410{\times}410\;{\mu}m^2$) was defined by shallow etching. PR measurements were performed in the spectral range of $3{\sim}13\;{\mu}m$ (~ 100-400 meV) by using a Fourier-transform infrared (FTIR) spectrometer and a low-noise preamplifier. The asymmetric photodetector exhibits unique transition behaviors that near-/far-infrared (NIR/FIR) photoresponse (PR) bands are blue/red shifted by the electric field, contrasted to mid-infrared (MIR) with no dependence. In addition, the MIR-FIR dual-band spectra change into single-band feature by the polarity. A four-level energy band model is proposed for the transition scheme, and the field dependence of FIR bands numerically calculated by a simplified DdWELL structure is in good agreement with that of the PR spectra. The wavelength shift by the field strength and the spectral change by the polarity are discussed on the basis of four-level transition.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 C
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• pp.2312-2314
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• 2005

For the upcoming nano-bio technology(NBT), we suggested InAs self-assembled quantum dot enhanced resonant-cavity avalanche type photodetector to detect near infrared(NIR) wavelength. To confirm the feasibility of RC-APD structure, we have simulated using conventional simulator.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.129-129
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• 2010

적외선 검출소자(Infrared Photodetector)는 근적외선에서 원적외선 영역에 이르는 광범위한 파장 범위의 적외선을 이용하는 기기로서 대상물이 방사하는 적외선 영역의 에너지를 흡수하여 이를 영상화할 수 있는 장비이다. 적외선 관련 기술은 2차 세계대전 기간에 태동하였으며, 현재에는 원거리 감지기술 등과 접목되면서 그 활용 분야가 다양해지고 있다. 특히 능동형 정밀 타격무기를 비롯한 감시 정찰 장비 및 지능형 전투 장비 시스템 등에 대한 요구를 바탕으로 보다 정밀하고 신속한 표적 감지 및 정보처리 기술에 관한 연구가 선진국을 통해서 활발히 진행되고 있다. 기존의 Bolometer 형식의 열 감지 소자는 반응 속도가 느리고 측정 감도가 낮은 단점이 있으며, MCT(HgCdTe)를 이용한 적외선 검출기의 경우 높은 기계적 결함과 77K 저온에서 동작해야하기 때문에 발생하는 추가 비용 등이 문제점으로 지적되고 있다[1]. 이에 반해 화합물 반도체 자기조립 양자점(self-assembled quantum dot)을 이용한 적외선 수광소자는 양자점이 가지는 불연속적인 내부 에너지 준위로 인하여, 높은 내부 양자 효율과 온도 안정성을 기대할 수 있으며, 고성능, 고속처리, 저소비전력 및 저소음의 실현이 가능하다. 본 연구에서는 적층 InAs/InGaAs dot-in-a-well 구조를 유기금속화학기상증착법을 이용하여 성장하고 이를 소자에 응용하였다. 균일한 적층 양자점의 성장을 위해서 원자현미경(atomic force microscopy)을 이용하여, 각 층의 양자점의 크기와 밀도를 관찰하였고, photoluminescence (PL)를 이용하여 발광특성을 연구하였다. 각 층간의 GaAs space layer의 두께와 온도 조절 과정을 조절함으로써 균일한 적층 양자점 구조를 얻을 수 있었다. 이를 이용하여 양자점의 전도대 내부의 에너지 준위간 천이(intersubband transition)를 이용하는 n-type GaAs/intrinsic InAs 양자점/n-type GaAs 구조의 양자점 적외선수광소자 구조를 성장하였다. 이 과정에서 상부 n-type GaAs의 성장 온도가 600도 이상이 되는 경우 발광효율이 급격히 감소하고, 암전류가 크게 증가하는 것을 관찰하였다. 이는 InAs 양자점과 주변 GaAs 간의 열에 의한 상호 확산에 의하여 양자점의 전자 구속 효과를 저해하는 것으로 설명된다.

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.209-215
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• 2006

PL (photoluminescence), PLE (PL excitation) 그리고 근 적외선 투과 분광법을 활용하여 InAsGa/GaAs 우물 내 InAs 양자점 구조의 광학적 특성과 전자 버금 띠 구조에 대하여 연구하였다. 투과 스펙트럼과 PLE 스펙트럼으로부터 InAs 양자점 내 세 개의 구속 상태와 InGaAs/GaAs 우물 내에 두 개의 구속 상태가 존재함을 발견하였고, 광전류 스펙트럼에서 관측된 버금 띠 사이 전이들과 연관지어 해석하였다.

• 한국재료학회지
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• 제29권9호
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• pp.542-546
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• 2019

We investigate the characteristics of self-assembled quantum dot infrared photodetectors(QDIPs) based on doping level. Two kinds of QDIP samples are prepared using molecular beam epitaxy : $n^+-i(QD)-n^+$ QDIP with undoped quantum dot(QD) active region and $n^+-n^-(QD)-n^+$ QDIP containing Si direct doped QDs. InAs QDIPs were grown on semi-insulating GaAs (100) wafers by molecular-beam epitaxy. Both top and bottom contact GaAs layer are Si doped at $2{\times}10^{18}/cm^3$. The QD layers are grown by two-monolayer of InAs deposition and capped by InGaAs layer. For the $n^+-n^-(QD)-n^+$ structure, Si dopant is directly doped in InAs QD at $2{\times}10^{17}/cm^3$. Undoped and doped QDIPs show a photoresponse peak at about $8.3{\mu}m$, ranging from $6{\sim}10{\mu}m$ at 10 K. The intensity of the doped QDIP photoresponse is higher than that of the undoped QDIP on same temperature. Undoped QDIP yields a photoresponse of up to 50 K, whereas doped QDIP has a response of up to 30 K only. This result suggests that the doping level of QDs should be appropriately determined by compromising between photoresponsivity and operating temperature.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.334-334
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• 2013

In the past decade, the infrared detectors based on intersubband transition in quantum dots (QDs) have attracted much attention due to lower dark currents and increased lifetimes, which are in turn due a three-dimensional confinement and a reduction of scattering, respectively. In parallel, focal plane array development for infrared imaging has proceeded from the first to third generations (linear arrays, 2D arrays for staring systems, and large format with enhanced capabilities, respectively). For a step further towards the next generation of FPAs, it is envisioned that a two-dimensional metal hole array (2D-MHA) structures will improve the FPA structure by enhancing the coupling to photodetectors via local field engineering, and will enable wavelength filtering. In regard to the improved performance at certain wavelengths, it is worth pointing out the structural difference between previous 2D-MHA integrated front-illuminated single pixel devices and back-illuminated devices. Apart from the pixel linear dimension, it is a distinct difference that there is a metal cladding (composed of a number of metals for ohmic contact and the read-out integrated circuit hybridization) in the FPA between the heavily doped gallium arsenide used as the contact layer and the ROIC; on the contrary, the front-illuminated single pixel device consists of two heavily doped contact layers separated by the QD-absorber on a semi-infinite GaAs substrate. This paper is focused on analyzing the impact of a two dimensional metal hole array structure integrated to the back-illuminated quantum dots-in-a-well (DWELL) infrared photodetectors. The metal hole array consisting of subwavelength-circular holes penetrating gold layer (2DAu-CHA) provides the enhanced responsivity of DWELL infrared photodetector at certain wavelengths. The performance of 2D-Au-CHA is investigated by calculating the absorption of active layer in the DWELL structure using a finite integration technique. Simulation results show the enhanced electric fields (thereby increasing the absorption in the active layer) resulting from a surface plasmon, a guided mode, and Fabry-Perot resonances. Simulation method accomplished in this paper provides a generalized approach to optimize the design of any type of couplers integrated to infrared photodetectors.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.298-298
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• 2014

Quantum dot infrared photodetectors (QDIPs) based on Stranski-Krastanov (SK) quantum dots (QDs) have been widely explored for improved device performance using various designs of heterostructures. However, one of the biggest limitations of this approach is the "pancake" shape of the dot, with a base of 20-30 nm and a height of 4-6 nm. This limits the 3D confinement in the quantum dot and reduces the ratio of normal incidence absorption to the off-axis absorption. One of the alternative growth modes to the formation of SK QDs is a sub-monolayer (SML) deposition technique, which can achieve a much higher density, smaller size, better uniformity, and has no wetting layer as compared to the SK growth mode. Due to the advantages of SML-QDs, the SML-QDIP design has attractive features such as increased normal incidence absorption, strong in-plane quantum confinement, and narrow spectral wavelength detection as compared with SK-DWELL. In this study, we report on the improved device performance of InAs/InGaAs SML-QDIP with different composition of $Al_xGa1-_xAs$ barrier. Two SML-QDIPs (x=0.07 for sample A and x=0.20 for sample B) are grown with the 4 stacks 0.3 ML InAs. It is investigated that sample A with a confinement-enhanced (CE) $Al_{0.22}Ga_{0.78}As$ barrier had a single peak at $7.8{\mu}m$ at 77 K. However, sample B with an $Al_{0.20}Ga_{0.80}As$ barrier had three peaks at (${\sim}3.5{\mu}m$, ${\sim}5{\mu}m$, ${\sim}7{\mu}m$) due to various quantum confined transitions. The measured peak responsivities (see Fig) are ~0.45 A/W (sample A, at $7.8{\mu}m$, $V_b=-0.4V$ bias) and ~1.3 A/W (sample B, at $7{\mu}m$, $V_b=-1.5V$ bias). At 77 K, sample A and B had a detectivity of $1.2{\times}10^{11}cm.Hz^{1/2}/W$ ($V_b=-0.4V$ bias) and $5.4{\times}10^{11}cm.Hz^{1/2}/W$ ($V_b=-1.5V$ bias), respectively. It is obvious that the higher $D^*$ of sample B (than sample A) is mainly due to the low dark current and high responsivity.