• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.6
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• pp.321-326
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• 2013

The effect of rapid thermal annealing (RTA) on the optical properties of digital-alloy InGaAlAs multiple quantum well (MQW) structures have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements as a function of RTA temperature. The MQW samples were annealed from $700^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$ for 30 s in a nitrogen atmosphere. The MQW sample annealed at $750^{\circ}C$ exhibited the strongest PL intensity and the narrowest FWHM (Full width at half maximum), indicating the reduced nonradiative recombination centers and the improved interfaces between the wells and barriers. The MQW samples annealed at $800^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$ showed the decreased PL intensities and blueshifted PL peaks compared to $750^{\circ}C$-annealed sample. The blueshift of PL peak with increasing RTA temperatures are ascribed to the increase of aluminum due to intermixing of gallium (Ga) and aluminum (Al) in the interfaces of InGaAs/InAlAs short-period superlattices. The decrease of PL intensity after annealing at $800^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$ are attributed to the interface roughening and lateral composition modulation caused by the interdiffusion of Ga and Al and indium segregation, respectively. With increasing RTA temperature the PL decay becomes slower, indicating the decrease of nonradiative defect centers. The optical properties of digital-alloy InGaAlAs MQW structures can be improved significantly with optimum RTA conditions.

• Applied Science and Convergence Technology
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• v.27 no.3
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• pp.56-60
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• 2018

The optical properties of the digital-alloy $(In_{0.53}Ga_{0.47}As)_{1-z}/(In_{0.52}Al_{0.48}As)_z$ grown by molecular beam epitaxy as a function of composition z (z = 0.4, 0.6, and 0.8) have been studied using temperature-dependent photoluminescence (PL) and time-resolved PL (TRPL) spectroscopy. As the composition z increases from 0.4 to 0.8, the PL peak energy of the digital-alloy $In(Ga_{1-z}Al_z)As$ is blueshifted, which is explained by the enhanced quantization energy due to the reduced well width. The decrease in the PL intensity and the broaden FWHM with increasing z are interpreted as being due to the increased Al contents in the digital-alloy $In(Ga_{1-z}Al_z)As$ because of the intermixing of Ga and Al in interface of InGaAs well and InAlAs barrier. The PL decay time at 10 K decreases with increasing z, which can be explained by the easier carrier escape from InGaAs wells due to the enhanced quantized energies because of the decreased InGaAs well width as z increases. The emission energy and luminescence properties of the digitalalloy $(InGaAs)_{1-z}/(InAlAs)_z$ can be controlled by adjusting composition z.

• Applied Science and Convergence Technology
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• v.24 no.1
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• pp.22-26
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• 2015

The optical properties of InP/GaP short-period superlattice (SPS) structures grown at various temperatures from $400^{\circ}C$ to $490^{\circ}C$ have been investigated by using temperature-dependent photoluminescence (PL) and emission wavelength-dependent time-resolved PL measurements. The PL peak energy for SPS samples decreases as the growth temperature increases. The decreased PL energy of ~10 meV for the sample grown at $425^{\circ}C$ compared to that for $400^{\circ}C$-grown sample is due to the CuPt-B type ordering, while the SPS samples grown at $460^{\circ}C$ and $490^{\circ}C$ exhibit the significant reduction of the PL peak energies due to the combined effects of the formation of lateral composition modulation (LCM) and CuPt-B type ordering. The SPS samples with LCM structure show the enhanced carrier lifetime due to the spatial separation of carriers. This study represents that the bandgap energy of InP/GaP SPS structures can be controlled by varying growth temperature, leading to LCM formation and CuPt-B type ordering.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.297-297
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• 2012

양자점은 공간적으로 세 방향 모두 전하의 운동을 제한하는 0차원 구조로 불연속적인 상태 밀도를 가진다. 이런 양자점의 특성은 광통신용 소자, 레이저 다이오드 등과 같은 광학 및 전자 장치에 응용될 수 있기 때문에 많은 주목을 받아 활발히 연구되어 왔다. 본 연구에서는 MBE 장비를 이용하여 GaAs 기판위에 InAs 양자점을 성장시키는 동안 As의 공급을 임의로 차단시켜 양자점 형성 조건을 변화시킨 시료들의 광학적 특성을 Photoluminescence (PL) 와 Time-resolved PL (TRPL) 실험을 이용하여 분석하였다. GaAs (001) 기판 위에 GaAs buffer layer를 $610^{\circ}C$에서 성장한 후, $470^{\circ}C$에서 As 공급 조건 변화에 따른 InAs 양자점을 성장하였다. 양자점을 성장한 후 GaAs cap layer를 $610^{\circ}C$에서 성장하였다. InAs 양자점 시료들은 In을 20초 공급하는 동안 As의 공급과 차단을 각각 1초, 2초, 3초의 일정한 간격으로 반복하였다. 10 K에서 각각의 시료들의 PL을 측정한 결과 As 공급과 차단을 2초씩 반복한 T2시료에서 PL 세기가 가장 좋게 나타났으며, 3초씩 반복한 T3시료에서 가장 나쁘게 나타났다. PL 피크는 공급과 차단을 1초씩 반복한 T1 시료가 1.23 eV, T2 시료가 1.24 eV, T3 시료가 1.26 eV에 나타났으며, As의 차단시간이 증가함에 따라 PL 피크가 높은 에너지로 이동함을 보였다. 발광파장에 따른 PL 소멸은 파장이 증가함에 따라 점차 느려지다가 PL 피크 근처에서 가장 느린 소멸곡선을 보이고, 파장이 더 증가하였을 때 점차 빠르게 소멸하였다. As 공급 조건의 변화에 따라 InAs 양자점의 크기와 밀도, 모양 등이 변하는 것을 Atomic Force Microscope (AFM) image를 통하여 확인하였으며, PL과 TRPL을 이용하여 InAs 양자점의 광학적 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.332-332
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• 2012

분자선 에피탁시(molecular beam epitaxy)를 이용하여 GaAs 기판에 성장한 InAs 양자점(QDs: quantum dots)은 성장 온도, 압력, As/In의 공급비 등의 성장 조건에 따라 다른 변수(parameter)를 갖는다. 따라서 성장변수에 따라 양자점의 모양과 크기, 밀도가 달라져 균일한 양자점 형성에 어려움이 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 In-interruption 법으로 성장한 양자점의 특성이 S-K mode (Stranski-Krastanov mode)로 성장한 양자점에 비해 광학적 특성이 향상되었다. 본 연구에서는 In pre-deposition (IPD) 법으로 성장한 InAs/GaAs 양자점의 광학적 특성을 PL(photoluminescence)와 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs QDs 시료들은 In과 As 공급시간을 각각 1초와 19초 (QD1), 2초와 18초 (QD2), 3초와 17초 (QD3)로 조절하여 성장하였으며, In이 공급되는 시간 동안 As shutter를 차단하여 As 공급을 중단하였다. In과 As의 차단 없이 S-K mode로 성장한 시료를 기준시료로 사용하였다 (QD0). AFM (atomic force microscope) 측정결과, In 공급시간이 1초에서 2초로 증가할 때, 양자점의 밀도와 종횡비(aspect ratio)가 증가하였고, 양자점의 균일도가 증가하였다. 그러나 QD3 시료는 QD1 시료에 비해 밀도와 종횡비, 균일도가 감소하였다. 10 K에서 PL 피크는 In 공급 시간이 증가할 때, 970 nm에서 1020 nm로 적색편이 하였고 반치폭 (FWHM: full width at half maximum)은 75 meV에서 85 meV로 증가하였다. QD2 시료의 PL 피크 에너지가 가장 낮았고, 가장 강한 PL 세기를 보였다. IPD 시간이 증가함에 따라 PL 피크에서 측정한 PL 소멸은 점차 빨라졌다. IPD 기법으로 성장한 양자점의 빠른 PL 소멸은 양자점 밀도와 종횡비 향상에 의한 파동함수 중첩의 증가와 구속 에너지 증가에 의한 것으로 설명된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.2
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• pp.86-91
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• 2013

The optical properties of InAs quantum dots (QDs) grown on GaAs substrates grown by molecular beam epitaxy have been studied using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. InAs QDs were grown using an arsenic interruption growth (AIG) technique, in which the As flux was periodically interrupted by a closed As shutter during InAs QDs growth. In this study, the shutter of As source was periodically opened and closed for 1 (S1), 2 (S2), or 3 s (S3). For comparison, an InAs QD sample (S0) without As interruption was grown in a pure GaAs matrix for 20 s. The PL intensity of InAs QD samples grown by AIG technique is stronger than that of the reference sample (S0). While the PL peaks of S1 and S2 are redshifted compared to that of S0, the PL peak of S3 is blueshifted from that of S0. The increase of the PL intensity for the InAs QDs grown by AIG technique can be explained by the reduced InAs clusters, the increased QD density, the improved QD uniformity, and the improved aspect ratio (height/length). The redshift (blueshift) of the PL peak for S1 (S3) compared with that for S0 is attributed to the increase (decrease) in the QD average length compared to the average length of S0. The PL intensity, PL peak position, and PL decay time have been investigated as functions of temperature and emission wavelength. S2 shows no InAs clusters, the increased InAs QD density, the improved QD uniformity, and the improved QD aspect ratio. S2 also shows the strongest PL intensity and the longest PL decay time. These results indicate that the size (shape), density, and uniformity of InAs QDs can be controlled by using AIG technique. Therefore the emission wavelength and luminescence properties of InAs/GaAs QDs can also be controlled.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.414-414
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• 2013

InGaAlAs/InP은 $1.3{\sim}1.55{\mu}m$ 레이저 다이오드 응용을 위한 InGaAsP/InP를 대체하기 위한 물질로 많은 관심을 받아왔다. 디지털 합금 InGaAlAs 다중양자우물(multiple quantum wells: MQWs) 시료는 MBE (molecular beam epitaxy) 장비를 이용하여 n-InP 기판 위에 성장하였다. 양자우물과 장벽은 각각 (InGaAs)0.8(InAlAs)0.2와 (InGaAs)0.4(InAlAs)0.6 SPSs (short-period superlattices)로 $510^{\circ}C$에서 성장하였다. 발광특성을 향상시키기 위하여 질소분위기에서 $700^{\circ}C$ $750^{\circ}C$ 또는 $800^{\circ}C$에서 30초간 열처리(rapid thermal annealing: RTA)하였다. RTA 온도에 따른 디지털 합금 InGaAlAs MQWs의 발광특성을 분석하기 위해 PL (photoluminescence)과 TRPL(time-resolved PL)을 이용하였다. RTA 온도에 따른 InGaAlAs MQWs 시료의 발광 메카니즘 및 운반자 동력학을 연구하기 위하여 발광파장 및 온도에 따른 TRPL을 측정하였다. 저온(10 K)에서 PL 피크는 RTA 온도를 $700^{\circ}C$에서 $750^{\circ}C$로 증가하였을 때 1,242 nm에서 1,245 nm로 장파장 영역으로 이동하였다가 $800^{\circ}C$에서 열처리하였을 때 단파장 영역으로 이동하여 1,239 nm에서 나타났다. 또한 PL 세기는 RTA 온도를 증가함에 따라 증가함을 보이다가 RTA 온도를 $800^{\circ}C$로 증가하였을 때 PL 세기는 감소하였다. 발광소자 개발을 위한 InAlGaAs MQWs 시료의 최적의 열처리 조건을 이러한 PL과 TRPL 결과로부터 결정할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.280.1-280.1
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• 2016

Generally InGaN/GaN green light emitting diode (LED) exhibits the low quantum efficiency (QE) due to the large lattice mismatch between InGaN and GaN. The QE of InGaN-based multiple quantum wells (MQWs) is drastically decreased when an emission wavelength shifts from blue to green wavelength, so called "green gap". The "green gap" has been explained by quantum confined Stark effect (QCSE) caused by a large lattice mismatch. In order to improve the QE of green LED, undoped graded short-period InGaN/GaN superlattice (GSL) and Si-doped GSL (SiGSL) structures below the 5-period InGaN/GaN MQWs were grown on the patterned sapphire substrates. The luminescence properties of InGaN/GaN green LEDs have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL (TRPL) measurements. The PL intensity of SiGSL sample measured at 10 K shows stronger about 1.3 times compared to that of undoped GSL sample, and the PL peak wavelength at 10 K appears at 532 and 525 nm for SiGSL and undoped GSL, respectively. Furthermore, the PL decay of SiGSL measured at 10 K becomes faster than that of undoped GSL. The faster decay for SiGSL is attributed to the increased wavefunction overlap between electron and hole due to the screening of piezoelectric field by doped carriers. These PL and TRPL results indicate that the QE of InGaN/GaN green LED with GSL structure can be improved by Si-doping.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.3
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• pp.211-216
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• 2010

The luminescence properties of $In_{0.5}Ga_{0.5}As/In_{0.5}Al_{0.5}As$ multiple quantum wells (MQWs) grown on $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers have been studied by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. A$1-{\mu}m$ thick $In_{0.5}Al_{0.5}As$ buffer layers were deposited on a 500 nm thick GaAs layer, followed by the deposition of the InGaAs/InAlAs MQWs. In order to investigate the effects of InAlAs buffer layer on the optical properties of the MQWs, four different temperature sequences are used for the growth of InAlAs buffer layer. The growth temperature for InAlAs buffer layer was varied from 320^{\circ}C to $580^{\circ}C$. The MQWs consist of three $In_{0.5}Ga_{0.5}$As wells with different well thicknesses (2.5 nm, 4.0 nm, and 6.0 nm thick) and 10 nm thick $In_{0.5}Al_{0.5}$As barriers. The PL spectra from the MQWs with InAlAs layer grown at lower temperature range ($320-580^{\circ}C$) showed strong peaks from 4 nm QW and 6 nm QW. However, for the MQWs with InAlAs buffer grown at higher temperature range ($320-480^{\circ}C$), the PL spectra only showed a strong peak from 6 nm QW. The strongest PL intensity was obtained from the MQWs with InAlAs layer grown at the fixed temperature of $480^{\circ}C$, while the MQWs with buffer layer grown at higher temperature from $530^{\circ}C$ to $580^{\circ}C$ showed the weakest PL intensity. From the emission wavelength dependence of PL decay times, the fast and slow decay times may be related to the recombination of carriers in the 4 nm QW and 6 nm QW, respectively. These results indicated that the growth temperatures of InAlAs layer affect the structural and optical properties of the MQWs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.268-268
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• 2011

GaAs (001) 기판에 MBE를 이용하여 자발형성법으로 성장한 InAs 양자점(QDs: quantum dots)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs 양자점 성장 동안 In 공급은 계속하면서 As 공급을 주기적으로 차단과 공급을 반복하면서 성장하였다. As 차단과 공급을 1초, 2초, 그리고 3초씩 하면서 InAs 양자점을 성장하였다. 기준시료는 In과 As 공급을 중단하지 않고 20초 동안 성장하였다. As interruption mode로 성장한 시료들의 QD density는 기준시료에 비해 증가하였으며, size distribution도 기준시료에 비해 향상되었다. 기준시료와 비교하였을 때, As interruption mode로 성장한 시료들의 PL 피크는 적색이동 (red-shift)를 보였으며, PL 세기는 2배 이상 증가하였다. PL 소멸곡선은 파장이 증가함에 따라 점차 느려지다가 PL 피크에서 가장 느린 소멸을 보인 후 다시 점차 빠르게 소멸하였다. 시료의 온도를 10 K에서 60 K까지 증가하였을 때 PL 피크 에너지는 변하지 않았으며, PL 소멸시간은 서서히 증가함을 보였다. 온도를 더 증가하였을 때 PL 피크 에너지는 적색이동 하였으며 PL 소멸시간도 빠르게 감소함을 보였다. As interruption mode로 성장한 양자점 시료의 구조적 특성 변화에 의한 광학적 특성 변화를 확인하였다.