• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.130-130
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• 2010

고출력 레이저 다이오드는 광 디스크, 고체 레이저 여기, 광섬유 증폭기, 레이저 프린터, 위성 간 통신 등의 여러분야에 응용되고 있고. 고효율, 저가격, 초소형등과 같은 장점으로 수요가 점점 증가하고 있다. 최근 레이저 다이오드의 광출력 향상 및 열적 안성성를 위해 양자점(Quantum Dot) 응용에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 양자점 기반 레이저 다이오드는 전자가 3차원으로 구속되어 있어 열적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 낮은 문턱전류밀도로 인해 열 발생이 적어 광출력 감소 현상을 지연시킬 수 있다. 또한 발광면에서의 재결합 확률이 낮아 표면재결합에 의한 신뢰성 열화 문제를 해결할 수 있어 고신뢰성의 레이저 다이오드를 개발할 수 있다. 고출럭 808 nm 양자점 레이저 다이오드 개발을 위해서는 레이저 다이오드의 활성 영역인 양자점 구조에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 최적화된 고출력 808 nm 양자점 레이저 다이오드 에피 성장을 위해 에피 구조에 대한 2D 시뮬레이션을 수행하였고, 양자점 밀도 및 에피층 변화에 따른 최적 양자점 구조에 대한 연구를 수행하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.175-175
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• 2009

양자점 (quantum dot) 기반의 반도체 레이저 다이오드(laser diode)는 낮은 문턱전류와 높은 미분 이득 및 높은 특성온도 등과 같은 장점을 갖는다. 이러한 레이저 다이오드의 특성은 양자점 활성층 품질에 의해 큰 영향을 받기 때문에 고품위 양자점 성장에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 양자점 구조 성장시 발생하는 변형 (strain)은 레이저 다이오드의 문턱전류, 발진 파장, 내부양자효율 등과 같은 특성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 특히, 레이저 다이오드의 고출력 동작을 위해서는 양자점 적층 기술이 중요한데, 이때 양자점 활성층 영역에 많은 변형이 발생한다. 따라서, 양자점 성장후 변형을 감소하기 위한 변형 완화층(strain released layer)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 변형 완화층 연구의 일환으로 비대칭 변형 완화층의 조성 및 두께 변화에 따른 양자점 파장 변화에 대한 연구를 수행하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.201-201
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• 2009

반도체 레이저 다이오드(laser diode)는 도파로 내부의 굴절률 변화로 발생하는 필라멘테이션(filamentation) 문제와 벽개면 손상으로 인한 catastrophic optical damage(COD) 문제로 고품위/고출력 발진이 제한된다. 양자점 (quantum dot) 레이저 다이오드는 델타 함수 형태의 상태 밀도를 갖기 때문에 이론적으로는 zero 값의 선폭증가요소 특성을 가져 고출력 동작 시 필라멘테이션 문제를 제거할 수 있다. 또한 고출력 동작을 위한 COD 문제는 낮은 광 밀도를 갖는 활성층/도파로 영역의 에피구조 최적화를 통해 해결할 수 있다. 본 논문에서는 고출력 808 nm 양자점 반도체 레이저 다이오드 개발을 위한 에피구조 설계 및 최적화 연구를 수행하였다.

• 한국진공학회지
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• 제16권5호
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• pp.371-376
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• 2007

분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE)로 성장된 InGaAs 양자점 레이저 다이오드(quantum dot laser diode, QD-LD)와 InGaAs 양자우물 레이저 다이오드(quantum well laser diode, QW-LD)의 특성을 비교하였다. 펄스 입력전류 하에서 문턱전류밀도(threshold current density, $J_{th}$), 특성온도(characteristic temperature, $T_0$), 온도에 따른 발진파장의 변화도($d{\lambda}/dT$)를 측정한 결과, 양자우물 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;322\;A/cm^2,\;T_0\;=\;55.2\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.41\;nm/^{\circ}C$로 측정되었으며, 양자점 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;116\;A/cm^2,\;T_0\;=\;81.8\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.33\;nm/^{\circ}C$로 측정되었다. 양자점 레이저 다이오드는 양자우물 레이저 다이오드와 비교하였을 때, 문턱전류밀도 및 발진 광 파워가 상대적으로 우수한 결과를 보여주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.166-166
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• 2010

산업 전반에 걸쳐 중요한 광원인 808 nm 대역의 레이저 다이오드 제작에는 현재 InGaAsP/InGaP/GaAs 및 InGaAlAs/GaAs 양자우물을 이용하여 제작되고 있다. 이는 양자우물과 이를 둘러싸는 장벽물질간의 band-offset이 적어 효율적인 고출력 레이저 다이오드의 제작에 어려움이 있기 때문에 강한 캐리어 구속 효과를 지니는 양자점을 사용하는 것이 고출력 레이저 다이오드를 제작할 수 있는 방법이다. 실험에 사용된 InAlAs 양자점은 Riber사의 compact21 MBE 장치를 사용하여 성장하였으며 GaAs기판을 610도에서 가열하여 표면의 산화층을 제거하고 580도에서 약 100 nm 두께의 GaAs 버퍼층 및 30 nm 두께의 $Al_{0.4}Ga_{0.6}As$층을 성장하였다. GaAs 기판의 온도를 내린 후 migration enhanced epitaxy 방법을 사용하여 InAs 및 AlAs를 번갈아 주입하여 성장하였다. InAlAs 양자점의 성장 중에 InAlAs의 양, 성장 온도, As flux량 및 As 분자 상태 변화 등 다양한 조건을 변화 시켜 샘플을 성장시켰다. 그 결과 기판 온도가 600도이며 As4 flux가 $1\;{\times}\;10^{-6}\;Torr$ 조건하에서 성장한 InAlAs/AlGaAs 양자점이 양질의 808 nm의 파장 대역을 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.338-338
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• 2010

지난 20여년 동안 반도체 레이저 다이오드는 주로 CD (DVD) 픽업용 (파장: 640 nm 이하) 및 통신용 (파장 1550 nm) 광원 분야에서 집중적으로 개발되어 왔다. 그러나 기술의 개발과 더불어 파장조절이 비교적 자유로워지고 광출력이 증대 되면서 기존의 레이저 고유의 영역까지 그 응용분야기 확대되고 있고, 이에 따라 고출력 반도체 레이저 다이오드의 시장 규모도 꾸준히 증가되고 있는 상황이다. 고출력 반도체 레이저 다이오드는 발진 파장 및 광출력에 따라 다양한 분야에 응용되고 있으며, 특히 발진파장이 808 nm 인 고출력 레이저 다이오드의 경우 재료가공, 펌핑용 광원 (DPSSL, 광섬유 레이저), 의료, 피부미용 (점 제거), 레이저 다이오드 디스플레이 등 가장 다양한 응용분야를 가진 광원 중의 하나라고 할 수 있다. MBE(Molecular Beam Epitaxy)로 성장된 InAlAs 에피층 (epi-layer)을 사용하여 고출력을 갚는 레이저 다이오드를 제작함에 있어서, 에피층은 결함 (defect)이 없는 우수한 단결정이 요구되지만, 실제 결정 성장 과정에서는 성장온도와 Al 조성비 등의 성장 조건의 변화에 따라 전기적 광학적 특성 및 신뢰성에 큰 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) 방법을 이용하여 InAlAs 양자점 에피층의 깊은 준위 거동을 조사하였다. DLTS 측정 결과, 0.3eV 부근의 point defect과 0.57 ~ 0.70 eV 영역의 trap이 조사되었으며, 이는 갈륨 (Ga) vacancy와 산소 원자의 복합체에 기인한 결함으로 분석된다.

• 한국진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.555-559
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• 2008

순방향 전압-온도 (forward voltage-temperature)법을 이용하여 양자점 레이저 다이오드의 접합온도를 측정하였다. 식각 깊이가 깊은 mesa 구조의 경우 입력전류에 대한 접합온도의 증가율은 0.05 K/mA인 반면, 식각 깊이가 낮은 mesa 구조의 경우 0.07 K/mA로서 상대적으로 높게 측정되었다. 깊은 mesa 구조에서의 상대적으로 낮은 접합온도 증가율은 mesa 측면 방향으로의 열확산 효과 때문인 것으로 설명된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.297-297
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• 2011

일반적으로 고출력 반도체 레이저 다이오드는 발진 파장 및 광출력에 따라 다양한 분야에 응용되고 있으며, 특히 발진파장이 808 nm 대역인 고출력 레이저 다이오드의 경우 재료가공, 펌핌용 광원, 의료 분야 등 다양한 응용분야를 가진 광원 중의 하나라고 할 수 있다. 808 nm 대역의 레이저 다이오드 제작에는 현재 InGaAsP/InGaP/GaAs 및 InGaAlAs/GaAs 양자우물을 이용하여 제작되고 있으나 양자우물과 이를 둘러싸는 장벽물질간의 band-offset이 적어 효율적인 고출력 레이저 다이오드의 제작에 다소 어려움이 있기 때문에 강한 캐리어 구속 효과를 지니는 양자점 혹은 양자대쉬 구조를 사용하는 것이 고출력 레이저 다이오드를 제작할 수 있는 한 방법이다. 실험에 사용된 InP/InGaP 양자구조는 Riber사의 compact21 MBE 장치를 사용하여 성장하였으며 GaAs기판을 620-630도에서 가열하여 표면의 산화층을 제거하고 580도에서 약 100 nm 두께의 GaAs 버퍼층 및 50 nm 두께의 InGaP층을 성장하였다. 양자 구조는 MEE (migration enhanced epitaxy) 방식으로 성장되었는데, 이는 InP/InGaP 의 lattice mismatch율이 작아 양자 구조 형성이 어렵기 때문에 InP/InGaP 양자 구조 성장에 적합하다고 생각하였으며, Indium 2초, growth interuption time 10초, phosphorous 2초 그리고 growth interuption time 10초를 하나의 시퀀스로 보고, 그 시퀀스를 반복하여 양자 구조를 성장하였다. 본 실험에 사용된 P 소스는 Riber사의 KPC-250 P-valved cracker모델을 사용하였으며 InP의 성장률은 0.985${\AA}/s$이다. InP/InGaP 양자구조 성장 중에, 성장 온도, 시퀀스 수의 변화 등 다양한 조건을 변화 시켜 샘플을 성장시켰고, 양자 구조 성장을 확인하기 위하여 AFM 및 SEM을 통해 구조적 분석을 하였으며 PL 측정을 통해 광학적 분석을 진행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.146-147
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• 2012

InP 기판위에 자발성장법으로 성장된 InAs 양자점은 $1.55{\mu}m$ 영역에서 발진하는 양자점 반도체 레이저 다이오드 및 광 증폭기를 제작할 수 있기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 광통신 대역의 $1.55{\mu}m$ 반도체 레이저 다이오드 및 광 증폭기 분야에서 InAs/InP 양자점이 많은 관심을 받고 있으나, InAs/GaAs 양자점에 비해 제작이 어려운 단점을 가지고 있다. InAs/InP 양자점은 InAs/GaAs 양자점에 비해 격자 불일치가 작아 양자점의 크기가 크고 특히 As 계 박막과 P 계박막의 계면에서 V 족 원소 교환 반응으로 계면 특성 저하가 발생하여 성장이 까다롭다. As 과 P 간의 교환반응은 성장온도와 V/III 에 의해 크게 영향을 받는 것으로 보고되었다. 그러나, P계 InGaAsP 박막 위에 InAs 성장 시 발생하는 As/P 교환반응에 대한 연구는 매우 적다. 본 연구에서는 InGaAsP 박막 위에 InAs 양자점 성장 시 GI (growth interruption)에 의한 As/P 교환반응이 InAs 양자점의 형상 및 광학적 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 시료는 수직형 저압 Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)를 이용하여 $520^{\circ}C$의 온도에서 성장하였다. 그림1(a) 구조의 양자점은 InP (100) 기판위에 InP buffer layer를 성장한 후 InP와 격자상수가 일치하는 $1.1{\mu}m$ 파장의 InGaAsP barrier를 50 nm 성장하였다. 그 후 As 분위기 하에서 다양한 GI 시간을 주었고 그 위에 InAs 양자점을 성장하였다. 양자점 성장 후 InGaAsP barrier를 50 nm, InP capping layer를 50 nm 성장하였다. AFM측정을 위해 InP capping layer 위에 동일한 GI 조건의 InAs/InGaAsP 양자점을 성장하였고 양자점 성장 후 As분위기 하에 온도를 내려주었다. 그림1(b) 구조의 양자점은 그림1(a) 와 모든 조건은 동일하나 InAs 양자점과 InGaAsP barrier 사이에 GaAs 2ML를 삽입한 구조이다. 양자점 형상 특성 평가는 Atomic force microscopy를 이용하였으며, 광특성 분석은 Photoluminescence를 이용하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2007년도 제32회 학술대회 초록집
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• pp.168-168
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• 2007