• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.6
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• pp.442-448
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• 2011

Self-assembled InAs/InAlGaAs quantum dots (QDs) grown on an InP (001) substrate have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The single layer (QD1) and seven stacks (QD2) of InAs/InAlGaAs QDs grown by the conventional S-K growth mode were used. The PL peak at 10 K was 1,320 nm for both QD1 and QD2. As the temperature increases from 10 to 300 K, the PL peaks for QD1 and QD2 were red-shifted in the amount of 178 and 264 nm, respectively. For QD1, the PL decay increased with increasing emission wavelength from 1,216 to 1,320 nm, reaching a maximum decay time of 1.49 ns at 1,320 nm, and then decreased as the emission wavelength was increased further. However, the PL decay time for QD2 decreased continuously from 1.83 to 1.22 ns as the emission wavelength was increased from 1,130 to 1,600 nm, respectively. These PL and TRPL results for QD2 can be explained by the large variation in the QD size with stacking number caused by the phase separation of InAlGaAs.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.3
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• pp.208-212
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• 2009

The optical characterization of self-assembled InAs/AlAs quantum dots(QD) grown by MBE were investigated using photoreflectance spectroscopy. The intensities of the signals of the GaAs buffer and wetting layer(WL) changed with the width of the WL layer. The PR spectrum for the sample, in which QDs layer were etched off at room temperature, indicated that the broadened signal ranging $1.1{\sim}1.4\;eV$ was originated from InAs QDs and WL. The intensities of signals of GaAs buffer and the WL changed with the WL width. A red shift of the PR peak of WL are observed when the annealing temperatures range from $450^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$, which indicates that the interdiffusion between dots and capping layer is caused by improvement in size uniformity of QDs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.306-307
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• 2011

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 공핍층(depletion zone)에서 전기장(electric field)에 의해 발생되며, Photoreflectance (PR) spectroscopy를 통하여 관측된다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cells, QDSCs)에서 PR 신호에 대한 Fast Fourier Transform (FFT)을 통하여 FKO 주파수들을 관측할 수 있고, 각각의 FKO 주파수들은 태양전지 구조에 대응하는 표면 및 내부전기장(internal electric field) 들로 분류할 수 있다. InAs/GaAs 양자점 태양전지에서 AlGaAs potential barrier의 두께에 따른 내부전기장의 변화를 조사하기 위해, GaAs-matrix에 8주기의 InAs 양자점 층이 삽입된 태양전지를 molecular beam epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 양자점의 크기는 2.0 monolayer (ML)이며, 각 양자점 층은 1.6 nm에서 6.0 nm의 AlGaAs potential barrier들로 분리되어 있다. 또한 양자점 층의 위치에 따라 내부전기장 변화를 조사하기 위해, p-i-n 구조에서 양자점 층이 공핍층 내에 위치한 경우와 p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 n-base 영역에 삽입하여 실험결과를 비교분석하였다. PR 실험결과로부터, p-i-n 구조에서 InAs 양자점 태양전지의 내부전기장 변화는 potential barrier 두께에 따라 다소 복잡한 변화를 보였으며, 이는 양자점 층이 공핍층 내에 위치함으로써 격자 불일치(lattice mismatch)로 발생된 응력(strain)의 영향으로 설명할 수 있다. 이러한 결과들을 각각의 태양전지 구조에서 표면 및 내부전기장에 대해 계산된 값들에 근거하여, p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 영역에 삽입된 경우의 결과와 비교해 보면 내부전기장의 변화는 더욱 분명해진다. 즉, 양자점 층의 potential barrier의 두께를 조절하거나, 양자점 층의 위치를 변화시킴으로써 양자점 태양전지의 내부전기장을 조작할 수 있으며, 이는 PR 실험을 통해 FKO를 관측함으로써 확인할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.2-2
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• 2010

텐덤형 태양전지는 다양한 에너지 대역을 동시에 흡수할 수 있도록 제작할 수 있어 단일접합 태양전지에 비해 높은 에너지변환효율을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 GaAs를 기반으로 양자점 혹은 양자우물 구조를 이용한 고효율 텐덤형 태양전지를 설계하고, 완충층 및 활성층의 특성을 분석하였다. 분자선 단결정 성장 장비를 이용하여 GaAs 기판 위에 메타모픽 (metamorphic)성장법을 이용하여 convex, linear, concave 형태로 조성을 변화시켜 $In_xAl_1-_xAs$ 경사형 완충층을 성장한 후 그 특성을 비교하였다. 또한, 최적화된 경사형 완충층 위에 1.1 eV와 1.3 eV의 에너지 대역을 각각 흡수할 수 있는 적층 (5, 10, 15 층)된 InAs 양자점 구조 또는 InGaAs 양자우물구조를 삽입하여 p-n 접합을 성장하였다. 그리고 GaAs/AlGaAs층을 이용한 터널접합에서는 GaAs층의 두께 (20, 30, 50 nm)에 따른 터널링 효과를 평가하였다. 그 결과, 경사형 완충층을 통해 조성 변화로 인한 결함을 최소화하여 다양하게 조성 변화가 가능한 고품위의 구조를 선택적으로 성장할 수 있었으며, 적층의 양자점 구조 및 양자우물 구조를 이용해 고효율 텐덤형 태양전지의 구현 가능성을 확인하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.2
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• pp.201-208
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• 2006

Optical characteristics of InGaAs quantum dot (QD) laser structures with an Al native oxide (AlOx) layer as a current-blocking layer were studied by means of photoluminescence (PL), PL excitation, and spatially-resolved micro-PL techniques. The InGaAs QD samples were first grown by molecular-beam epitaxy (MBE), and then prepared by wet oxidation and thermal annealing techniques. For the InGaAs QD structures treated by the wet oxidation and thermal annealing processes, a broad PL emission due to the intermixing effect of the AlOx layer was observed at PL emission energy higher than that of the non-intermixed region. We observed a dominant InGaAs QD emission at about 1.1 eV in the non-oxide AlAs region, while InGaAs QD-related emissions at about 1.16 eV and $1.18{\sim}1.20eV$ were observed for the AlOx and the SiNx regions, respectively. We conclude that the intermixing effect of the InGaAs QD region under an AlOx layer is stronger than that of the InGaAs QD region under a non-oxided AlAs layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.289-289
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• 2012

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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.265-265
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• 2011

자발형성법으로 InP (001) 기판에 성장한 InAs/InAlGaAs 양자점(QDs: quantum dots)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)와 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs QDs 시료는 single layer InAs QDs (QD1)과 7-stacked InAs QDs (QD2)를 사용하였다. 두 시료 모두 저온 (10 K)에서 1,320 nm에서 PL 피크가 나타나고, 온도가 증가함에 따라 PL 피크는 적색편이 (red-shift)를 보였다. 양자점의 온도를 10 K에서 300 K까지 증가하였을 때 QD1은 178 nm 적색편이 하였으며, PL 스펙트럼 폭은 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 그러나 QD2는 264 nm 적색편이를 보였으며 PL 스펙트럼의 폭은 QD1 시료와 반대로 온도가 증가함에 따라 감소하였다. QD2의 아주 넓은 PL 스펙트럼 폭과 매우 큰 적색편이는 InAs 양자점 크기의 변화가 QD1에 비해 훨씬 크기 때문이다. QD2의 경우 InAs 층수(layer number)가 증가함에 따라 InAs QD의 크기가 점차 증가하므로 QD 크기의 변화가 single layer인 QD1 시료보다 훨씬 크다. QD1의 PL 소멸은 파장이 증가함에 따라 점차 느려지다가 PL 피크 근처에서 가장 느린 소멸 곡선을 보이고, 파장이 더 증가하였을 때 PL 소멸은 점차 빠르게 소멸하였다. 그러나 QD2의 PL 소멸곡선은 파장이 증가함에 따라 점차 빠르게 소멸하였다. 이것은 QD2는 양자점 크기의 변화가 매우 크기 때문에 (lateral size=18~29 nm, height=2.8~5.9 nm) 방출파장이 증가함에 따라 양자점 사이의 파동함수의 겹침이 증가하여 캐리어의 이완이 증가하기 때문으로 설명된다. 온도에 따른 TRPL 결과는 두 시료 모두 10 K에서 150 K 까지는 소멸시간이 증가하였고, 150 K 이후부터는 소멸시간이 감소하였다. 온도가 증가함에 따라 소멸시간이 증가하는 것은 양자점에서 장벽과 WL (wetting layer)로 운반자(carrier)의 이동, 양자점들 사이에 열에 의해 유도된 운반자의 재분배 등으로 인한 발광 재결합으로 설명할 수 있다. 150 K 이상에서 소멸시간이 감소하는 것은 열적효과에 의한 비발광 재결합 과정에 의한 운반자의 소멸이 증가하기 때문이다. 온도에 따른 TRPL 결과는 두 시료 모두 150 K까지는 발광재결합이 우세하고, 150 K 이상에서 비발광재겹합이 우세하게 나타났다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.164-164
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• 2011

본 연구에서는 InAs 양자점 태양전지의 활성영역에 크기가 다른 양자점을 삽입하여 그 광학적 특성변화를 photoreflectance (PR)와 photoluminescence (PL)를 이용하여 연구하였다. 본 연구에 사용된 InAs 양자점 태양전지 구조는 n+-GaAs (100) 기판 위에 n+-GaAs buffer를 300 nm 성장 후 활성영역에 InAs 양자점과 40 nm 의 n-GaAs spacer를 이용하여 8층의 양자점을 삽입하였다. 그 위에 n-GaAs $1.14{\mu}m$와 p+-GaAs $0.6{\mu}m$, p+-AlGaAs window를 50 nm 성장하고 ohmic contact을 위하여 p+-GaAs 10 nm 성장하였다. 활성영역에 사용된 InAs 양자점의 크기는 InAs 조사량을 1.7 ML~3.0 ML까지 변화시키며 조절하였다. 양자점 태양전지의 활성영역에 삽입한 양자점의 크기에 따른 photoreflectance 측정에서 InAs 조사량이 0~2 ML 사이에서는 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주기가 짧아지고 2.5 ML 이상에서는 일정한 값 가짐을 보였다. 이는 양자점의 크기가 커질수록 내부 응력에 의한 전기장의 변화에 의한 것으로 사료된다. 아울러 InAs 양자점 태양전지의 photoluminescence 측정 결과 상온에서 1.35 eV 근처에 발광이 관측되었으며 InAs 조사량이 증가할수록 발광중심 낮은 에너지쪽으로 이동함을 보였으며 태양전지 효율은 2.0 ML 인 경우 최고치를 나타내었다. InAs 조사량을 2.0 ML 이상 증가 시킨 경우는 효율이 점진적으로 감소하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.308.1-308.1
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• 2014

반도체에서 양자점이 포함된 나노복합체의 전자적 구조와 성질에 대한 연구는 기본적인 양자 물리적 현상을 이해하고 전자소자 및 광소자의 다양한 응용 분야를 파생할 수 있기 때문에 많은 관심을 갖고 있다. 나노복합체를 구성하는 각각의 양자우물과 양자점에 대한 실험과 이론에 대한 연구는 많이 진행되고 있으며, 양자우물 안에 양자점이 삽입된 나노복합체에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 상태이다. 또한 양자우물 안에 자발 형성된 양자점이 삽입된 나노복합체에 대한 전기적 특성 및 광학적 특성에 대한 연구는 많으나, 양자우물 안에 삽입된 양자점에 대한 전자적 구조에 대한 연구는 거의 없다. 양자우물 안에 양자점을 형성한 나노복합체 구조를 사용하여 제작한 전자소자와 광소자의 효율을 향상시키기 위해서는 이 복합 구조의 전자적 성질에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 단일 양자우물 안에 자발 형성된 InAs 양자점을 포함한 나노복합체의 전자적 특성을 분석하기 위하여 변형효과와 비포물선효과를 포함한 전자적 부띠 에너지에 대하여 비교 분석하였다. InAs 양자점은 20 nm의 직경을 갖고 있으며, GaAs 기판위에 버퍼층과 AlAs 층을 사용한 양자우물 구조에 삽입되었다. 단일 양자우물 안에 삽입된 양자점의 전자적 구조는 형상 의존 변형효과와 비포물선 효과를 고려한 쉬뢰딩거 방정식을 삼차원 가변 메시 유한차분법을 사용하여 수치해석 방법으로 분석하였다. 수치해석 방법으로 양자우물의 우물 폭의 영향을 받는 양자점의 크기변화에 따라 삼차원적인 전자 및 정공의 부띠 에너지와 기저상태 및 여기 상태의 파동 함수를 계산하였다. 이러한 결과는 나노복합체 안에 형성된 InAs 양자점의 전자적 특성을 이해하는데 도움을 주며, InAs가 포함된 나노복합체를 사용한 전자 소자와 광소자 연구에 기초 자료로 사용될 수 있다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.5
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• pp.352-357
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• 2009

The InAs multi-quantum dots (MQDs) solar cell and InGaAs multi-quantum wells (MQWs) solar cell to cover 1.1 eV and 1.3 eV were designed by 1D poisson, respectively. The MQDs and MQWs of 5, 10, 15 layers were grown by molecular beam epitaxy. The photo luminescence results showed that the 5 period stacked MQDs have the highest intensity at around 1.1 eV with 57.6 meV full width at half maximum (FWHM). Also we can observe 10 period stacked MQWs peak position which has highest intensity at 1.31 eV with 12.37 meV FWHM. The density and size of QDs were observed by reflection high energy electron diffraction pattern and atomic force microscope. Futhermore, AlGaAs/GaAs sandwiched tunnel junctions were modified according to the width of GaAs layer on p-type GaAs substrates. The structures with GaAs width of 30 nm and 50 nm have backward diode characteristics. In contrast, tunnel diode characteristics were observed in the 20 nm of that of sample.