층 성장 방향으로 정전기장을 걸어준 GaAs/AlGaAs 초격자 반도체에서, 두 개의 100 fs 광학 펄스에 의해 생성된 four-wave-mixing(FWM) 신호의 dephasing 현상을 반도체 블록 방정식을 사용해서 분석하고자 한다. 이 FWM 신호의 이완은 전하-전하와 전하-포논 충돌과 같은 phase-breaking 충돌 과정들에 의해서 야기되는 비선형적인 광분극의 dephasing에 의해서 결정되어 진다.$^{(1)}$ 이 비선형적인 광분극은 펄스들에 의해서 동시에 여기되어 나타나는 자유전하 분극과 엑시톤 분극으로 구성되는데, 이 두 분극의 이완시간 특성은 서로 다른 거동을 보인다.$^{(2,3)}$ GaAs/AlGaAs 초격자 반도체에서 이 자유 전하 분극의 dephasing이 엑시톤 분극의 dephasing 보다 훨씬 빠르게 일어나고, 엑시톤이 자유 전하의 특성을 갖게 될수록, 즉 온도가 높을수록 또 엑시톤이 3차원의 특성을 가질수록 이 dephasing은 빠르게 일어난다.$^{(4)}$ (중략)
낮은 포논 에너지를 가지는 대표적인 비정질 광소재인 Ge-Ga-Sb-Se 조성의 셀레나이드 유리에 CsI를 첨가한 찰코할라이드 유리 샘플을 제작하고 CsI 함량에 따른 소재의 광 특성 및 첨가된 $Pr^{3+}$ 이온의 광 특성 변화를 조사하였다. 안정한 비정질 상태를 유지하는 CsI의 함량은 약 7.5 몰%로 제한되었으며, 첨가량에 비례하여 단파장 흡수단 파장이 짧아지는 경향을 보였으나 weak absorption tail이 증가 하였다. $Pr^{3+}$ 이온으로부터 발생하는 1.6 ${\mu}m$대역 형광의 제반특성은 CsI의 첨가와 비교적 무관한 것으로 밝혀졌으며 1.06 ${\mu}m$장에서 측정한 비선형 흡수 계수 역시 CsI의 첨가에 영향을 거의 받지 않는 것으로 판명되었다.
MOCVD법으로 성장한 Zn-doped InGaN의 광학적 특성을 photoluminescence를 사용하여 연구하였다. 상온에서 Zn와 관련한 acceptor-like conte들에 대한 넓은 스펙트럼들은 2.81 eV와 2.60 eV에서 관측되었다. 특히, 2.81 eV영역에서는 포논과의 상호작용에 의한 스펙트럼이 나타났으며, 포논 에너지가 $\omega$=92.5 meV의 값을 가짐을 확인하였다. InGaN 시료의 온도 변화에 대한 스펙트럼에서, 온도가 증가함에 따라 청색 발광을 기준으로 낮은 쪽의 에너지에 비해 높은 에너지 쪽의 발광이 빠른 감소를 가져왔으며 아울러 2.81eV 영역에 해당하는 스펙트럼은 18meV만큼 높은 에너지 쪽으로 이동함을 관측하였다. 그러므로 청색 영역에서의 발광은 Zn와 관련된 complex conte체서의 국소화된 천이에 따른 결과이다.
본 논문은 Al/sub x//Ga/sub 1-x//As/Ga/sub y//In/sub l-y//As/GaAs 이종접합 소자의 2차원적 산란율을 해석하였다. 사각 양자 우물의 전자 준위는 슈뢰딩거와 포아송 방정식의 연계풀이에 의해 수치해석 적으로 해석하였다. 수치해석으로 얻어진 파동함수와 에너지 준위를 이용하여 이 구조에서 주요한 2차원 산란율들을 구하였다. 극성광학 포논, 음향 포논, 압전 산란, 이온화된 불순물 산란, 그리고 합금 산란이 첫 번째 두개의 하부 밴드에 대해 고려되었다. 또한 2차원에 대해 구하여진 이 결과는 같은 영역에서의 3차원 산란율과 비교하였다.
우리는 준 2차원 Landau 분할 시스템의 양자 광학 전이 특성을 실리콘(Si)에서 이론적으로 고찰하였다. Squre wall 구속 포텐셜에 의한 전자 구속 시스템에 양자 수송 이론(QTR)을 적용하였습니다. 평형 평균 투영 계획(Equilibrium Average Projection Scheme : EAPS)으로 계획된 Liouville 방정식 방법을 사용하였으며, 양자 전이를 분석하기 위해 포톤 방출 전이과정과 포논 흡수 전이 과정의 두 전이 과정에서 QTLW와 QTLS의 온도와 자기장 의존성을 비교하였습니다. 이 연구를 통해 Si의 QTLW와 QTLS의 온도와 자기장의 증가하는 특성을 발견하였으며, 또한 우세한 산란 과정이 포논 방출 전이 과정이라는 것을 발견했다.
Molecular beam epitaxy 방법으로 성장시킨 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조에 대한 라만 산란 연구를 보고한다. InAs 양자점이 성장된 Si 기판 위에 각기 다른 온도에서 두께 약 1 ${\mu}m$의 GaAs 층을 두 단계로 성장시킨 후 그 위에 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조를 성장시켰다. AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조의 광학적 특성에 영향을 주는 GaAs 층의 변형력(stress)의 변화를 알기 위해서 시료의 측면으로부터 공간 분해된 라만 산란 실험을 수행하였다. 라만 산란 실험으로부터 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조가 지니는 모든 종류의 광학 포논을 관측하였으며, 두 단계로 성장시킨 GaAs 층에서의 변형력이 Si 기판으로부터 멀어질수록 성장조건의 변화에 따라서 다르게 전개된다는 것을 파악하였다.
$Er_2O_3$를 첨가한 $PbO-Bi_2O_3-Ga_2O_3$ 삼성분계 중금속 산화물 유리로부터 발생하는 $1.5\mu\textrm{m}$와 2.7$\mu\textrm{m}$ 등의 형광에 대하여 복사 천이율, 형광 수명, 흡수 및 유도 방출 단면적 등을 조사하였다. 중금속 산화물 유리의 낮은 포논 에너지($~500cm^{-1}$)로 인하여 기존 산화물 유리로부터 관찰할 수 없었던 형광들의 양자 효율이 크게 높아졌으며 방출 단면적도 증가하였다. 한편, 798 nm 여기광의 상향 전이를 통한 녹색과 적색의 형광이 방출됨을 확인하였고, 각 에너지 준위의 형광 수명을 이용하여 다중포논 완화(multiphonon relaxation)를 정량적으로 규명하였다. $Er^{3+}:^4S_{3/2}{\rightarrow}^4I_{15/2}$ 천이에 의한 녹색 형광은 기지 유리(host glass)의 밴드 갭(band gap)흡수에 의한 비복사 천이의 영향을 받으므로 이 형광의 양자 효율을 높이기 위해서는 유리를 불활성 기체 분위기에서 용융하거나 자외선쪽 투과단이 짧은 유리 망목 형성제(glass-vetwork former)가 첨가된 기지 조성을 선택하는 것이 바람직하다.
나노크기의 Au-Si을 촉매로 급속화학기상증착법을 이용하여 Si(111) 기판에 성장한 Si 나노선의 구조적인 형태 변화과정과 광학적 특성을 연구하였다. 액상 입자인 Au 나노 점은 기상-액상-고상(vapor-liquid-solid mechanism) 성장법에 의한 Si 나노선 형성 과정에서 촉매로 사용되었다 이 액체 상태인 나노점에 1.0Torr 압력과 $500-600^{\circ}C$ 온도 하에서 $SiH_4$와 $H_2$의 혼합가스를 공급하여 Si 나노선을 형성하였다. <111> 방향으로 형성한 Si 나노선의 형태를 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 관찰하였다. 특히, 대부분의 나노선이 균일한 크기를 가지고 있으며, Si(111) 기판 표면에서 수직하게 정렬된 것을 확인하였다. 형성된 나노선의 크기를 분석한 결과, 직경과 길이가 각각 60nm와 5um의 분포를 가지는 것을 확인 하였다. 고 분해능 투과전자현미경(High Resolution-Transmission Electron Microscope)을 통해 약 3nm의 다결정 산화층으로 둘러 싸여 있는 Si 나노선이 단결정으로 형성된 것을 관찰하였다. 그리고 마이크로 라만 분광(Micro-Raman Scattering) 실험으로 Si 나노선의 광학적 특성을 분석하였다. 라만 측정결과 Si의 광학 포논(Optical Phonon) 신호가 Si 나노선의 영향으로 에너지가 작은 쪽으로 이동하며, Si 포논 신호의 폭이 비대칭적으로 증가하는 것을 확인 하였다.
성장 길이 방향으로 조성비가 점차 바뀌는 InxGa1-xAs 나노와이어에 대한 라만 산란 연구 결과를 보고한다. Si 기판 위에 Au 입자를 뿌린 후에 이를 촉매로 하여 molecular beam epitaxy 방법을 이용하여 InGaAs 나노와이어를 성장시켰다. 투과전자현미경 실험 결과에 의하면 InGaAs 나노와이어의 길이는 약 $3{\sim}5{\mu}m$, 두께는 약 20~50 nm 정도였다. 성장 길이 방향으로 조성비의 변화를 연구하기 위해서 나노와이어에 대한 공간 분해된 라만 산란 실험을 수행 하였다. 실험 결과 나노와이어의 길이 방향으로 InAs-like transverse optical (TO) phonon 에너지와 GaAs-like TO phonon 에너지의 변화가 있었으며 이를 통해 성장 길이 방향으로 In과 Ga의 조성비의 변화가 있음을 알 수 있었다. 각각의 광학 포논 에너지에 대한 분석을 통해 조성비의 변화에 대한 정량적인 수치를 얻을 수 있었다.
무기단결정을 광 펄스로 여기 한 격자에서 광학이나 음향포논을 이용하여 광 여기 반도체가 서브피코초로 관측하고 있다. 다수의 회절 점으로 결정구조를 파악하는 것으로써 광 여기에 의한 분자결정 구조변화를 관측하는 것이 보고되고 있고 또한 반응이 진행되고 있는 중에 분자구조를 하나하나 영상으로 관측하는 것이 연구되고 있다. 단백질 분자구조의 시간에 따른 변화와 용액 중 분자의 광반응에 따른 구조변화를 파악하고 있는데 이것은 시스템에 따라 펨토 초에서 초 단위까지 다양하고 광범위하게 고도의 시간분해능으로 계측할 수 있는 X선 측정기술이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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