• 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.

• Journal of the Korean Physical Society
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• v.73 no.10
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• pp.1502-1505
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• 2018

We present a design for hybrid circular Bragg gratings (hCBGs) for efficiently extracting single-photons emitted by InAs quantum dots (QDs) embedded in GaAs. Finite-difference time-domain simulations show that a very high photon collection efficiency (PCE) up to 96% over a 50 nm bandwidth and pronounced Purcell factors up to 19 at cavity resonance are obtained. We also systematically investigate the geometry parameters, including the $SiO_2$ thickness, grating period, gap width and the central disk radius, to improve the device performances. Finally, the PCEs and the Purcell factors of QDs located at different positions of the hCBG are studied, and the results show great robustness against uncertainties in the location of the QD.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.02a
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• pp.115.1-115.1
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• 2009

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.02a
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• pp.114.2-114.2
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• 2009

• Advances in nano research
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• v.1 no.4
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• pp.203-210
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• 2013

So far, all reviews and control approaches of spin relaxation have been done on lateral single electron quantum dots. In such structures, many efforts have been done, in order to eliminate spin-lattice relaxation, to obtain equal Rashba and linear Dresselhaus parameters. But, ratio of these parameters can be adjustable up to 0.7 in a material like GaAs under high-electric field magnitudes. In this article we have proposed a single electron QD structure, where confinements in all of three directions are considered to be almost identical. In this case the effect of cubic Dresselhaus interaction will have a significant amount, which undermines the linear effect of Dresselhaus while it was destructive in lateral QDs. Then it enhances the ratio of the Rashba and Dresselhaus parameters in the proposed structure as much as required and decreases the spin states up and down mixing and the deviation angle from the net spin-down As a result to the least possible value.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.17 no.3
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• pp.278-284
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• 2006

We have fabricated and measured electrooptic modulator using coupled stack InAs/InGaAs quantum dots. The height of the quantum dot is 16 nm and quantum dots are stacked including an InGaAs capping layer. The peak wavelength of photoluminescence is 1260 nm at room temperature and 1158 nm at 12 K. The operation characteristics of the quantum dots show high modulation efficiency of electrooptic modulator at 1550 nm compared to that of existing III-V bulk and MQW type semiconductor. The measured switching voltage ($V\pi$) is 540 and 600 mV, for TE mode and TM mode, respectively. From the results, the modulation efficiency can be determined as 333.3 and $300^{\circ}/V{\cdot}mm$ for TE and TM modes. The results reported here may lead to the design and fabrication of a novel electrooptic modulator with low switching voltage and high efficiency.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.154-154
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• 2011

자발형성법(Self-assembled)을 이용한 InAs 양자점(Quantum dots)은 성장법의 고유한 물리적 한계로 길이방향에 대한 수직방향 비율(Aspect ratio, AR)이 상대적으로 작은 값을 갖는다. 기존에 보고된 바에 따르면 GaAs 기판에 형성한 InAs 양자점은 일반적으로 AR이 0.3 정도를 보인다. 이러한 높이가 상대적으로 낮은 InAs 양자점은 수직방향으로 운반자(Carrier)의 파동함수 (Wave-function) 구속이 작게 되어 나노 양자점 구조의 0차원적 특성이 저하되게 된다. 본 논문에서는 Arsenic 차단법(Interruption technique)을 이용한 수정자발형성법(Modified self-assembled method, MSAM)으로 InAs 양자점(MSAM-InAs 양자점)을 형성하고 성장 변수에 따라 광 및 구조적 특성을 평가하여 0차원 순도를 분석하였다. MSAM InAs 양자점을 성장하고 12 nm 두께의 GaAs spacer 층을 증착한 후 $600^{\circ}C$에서 30초 동안 Arsenic 분위기에서 열처리(Annealing)를 수행 한 후 다시 InAs을 증착 하였다. 이러한 과정을 5번 반복하여 높이 방향으로 형상을 개선시킨 InAs 양자점을(Vetically-controlled MSAM, VCMSAM) 성장하였다. 기존 자발형성법을 이용한 InAs 양자점과 MSAM-InAs 양자점 단일층 구조를 기준시료로 성장하였다. 상온 포토루미네슨스(Photoluminescence, PL) 실험에서 단일 MSAM InAs 양자점 및 VCMSAM 양자점 시료의 발광에너지는 각각 1.10 eV와 1.13 eV를 나타내었다. VCMSAM InAs 양자점 시료의 PL세기는 단일 MSAM 양자점보다 3.4배 증가되어, 확연히 높게 나타나는 결과를 보였다. 이러한 결과는 높이 방향으로 운반자의 파동함수 구속력이 증가하여 구속준위 (Localized states)의 전자-정공의 파동함수중첩(Overlap integral)이 개선된 것으로 설명할 수 있다. 투과전자현미경(Transmission electron microscopy) 및 원자력간 현미경(Atomic force microscopy)을 이용하여 구조적 특성을 평가하고 이를 비교 분석한 결과를 보고한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.187-187
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• 2013

양자점(Quuantum dot, QD)은 0차원 특성을 가지는 구조로 양자 구속 효과로 인하여 bulk와 는 다른 구조적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있다. InAs QD는 size와 barrier의 bandgap 조절을 이용하여 쉽게 bandgap을 바꿀 수 있는 장점이 있어 solar cell, semiconductor laser diode, infrared photodetector 등으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 일반적으로 Stranski-Krastanov (SK) mode로 성장한 InAs QD는 보통 GaAs epilayer와의 lattice mismatch (7%)를 이용하여 성장을 하고 이로 인하여 strain을 가지고 있고 QD의 density와 stack이 높을수록 strain이 커진다. 하지만 sub-monolayer (SML) QD 같은 경우 wetting layer가 생기는 지점인 1.7 ML이하에서 성장되는 성장 방식으로 SK-QD보다는 작은 strain을 가지게 된다. 또 QD의 size가 작아 SK-QD보다 큰 bandgap을 가지고 있다. 본 연구에서는 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE)를 이용하여 semi-insulating GaAs substrate 위에 InAs QD를 0.5/1/1.5/1.7/2/2.5 monolayer로 성장을 하였다. GaAs과 InAs의 성장온도와 성장속도는 각각 $590^{\circ}C$, 0.8 ML/s와 $480^{\circ}C$, 0.2 ML/s로 성장을 하였으며 적층사이의 interruption 시간은 10초로 고정하였고 10주기를 성장하였다. Photoluminescence (PL)측정 결과 SML-QD는 size에 따라서 energy가 1.328에서 1.314 eV로 약간 red shift를 하였고 SK-QD의 경우 1.2 eV의 energy정도로 0.1 eV이상 red shift 하였다. 이는 QD size에 의하여 energy shift가 있다고 사료된다. 또 wetting layer의 경우 1.41 eV의 energy를 가지는 것으로 확인 하였다. SML-QD는 SK-QD 보다 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 작은 것은 확인을 하였고 strain field의 감소로 해석된다. 하지만 SML-QD의 경우 SK-QD보다 상대적으로 작은 PL intensity를 가지고 있었다. 이를 개선하기 위해서는 보다 높은 QD density를 요구하게 되는데 growth temperature, V/III ratio, growth rate 등을 변화주어서 연구할 계획이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.227-227
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• 2013

본 연구에서는 Si(111) 기판에 성장온도 및 InN 증착양 변화에 따른 InN 양자점(Quantum Dot) 핵성생(Nucleation) 특성에 대해 논의한다. InN 양자점은 Nitrogen-Plasma 소스를 장착한 분자선증착기(MBE)를 이용하여 $0.103{\AA}/s$의 성장속도로 성장하였다. 성장온도를 $700^{\circ}C$에서 $300^{\circ}C$로 변환하면서 형성한 시료에서 lnN 양자점의 공간밀도는 $9.4{\times}10^7/cm^2$부터 $1.1{\times}10^{11}/cm^2$를 나타냈다. 가장 높은 공간밀도인 $1.1{\times}10^{11}/cm^2$는 기존에 보고된 값 ($7.7{\times}10^{10}/cm^2$)보다 상대적으로 높은 값을 갖는다 [1,2]. InN 증착양을 93, 186, 및 $372{\AA}/s$으로 각각 변화시켜 형성하여 양자점의 초기 성장거동을 분석하였다. InN 증착양이 증가함에 따라 양자점의 공간밀도는 $4.4{\times}10^{10}/cm^2$에 $6.4{\times}10^{10}/cm^2$까지 증가하였다. 일반적으로 InP 및 GaAs 기판을 기반으로 한 In(Ga)As 양자점은 증착양이 증가함에 따라 밀도는 감소하고 크기는 증가하는 경향을 보이며, 이는 같은 상 (Phase)을 갖는 물질들끼리 결합하려는 경향이 있기 때문이다. 본 실험에서는 기존 결과와 다른 경향을 보이고 있는데, 이는 Si(111) 기판과 InN 사이의 격자부정합이 상대적으로 크기 때문에 InN 양자구조가 커지는 대신 추가로 새로운 핵생성 메커니즘에 의한 것으로 설명할 수 있다. 이러한 InN 증착양에 따른 InN 양자점 성장거동을 표면에너지를 포함한 이론적인 모델을 통해 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.228.1-228.1
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• 2013

Photoreflectance (PR) 분광법은 비접촉, 비파괴적인 변조분광법으로서 반도체 표면 및 계면의 광학적 특성 연구에 많이 이용되고 있다. PR 신호의 Franz-Keldysh oscillation (FKO)으로부터 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법으로 성장한 InAs/GaAs 양자점 태양전지 접합계면의 전기장을 조사하였다. InAs 양자점의 크기는 각각 1.7, 2.0, 2.5, 3.0 monolayer이며, p+-n-n+ 태양전지 구조의 표면으로부터 1.8 ${\mu}m$, 활성영역으로부터 약 1.1 ${\mu}m$ 위치에 삽입되어 있다. 여기광 세기가 큰 영역(1~200 $mW/cm^2$)에서 접합계면의 전기장으로부터 관측한 photovoltage 효과는 로그 스케일에서 대체로 선형적인 분포를 보였으며, 이를 계산결과와 비교 분석하였다. 또한, 양자점 크기 및 온도에 따른 photovoltage 효과는 활성영역에서 여기된 운반자의 양 및 양자점에 의한 전하트랩의 영향과 관련하여 비교 분석하였다.