• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.131-131
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• 2010

The power of semiconductor laser diodes has been limited primarily by the heating effects which occur at high optical intensities. The actual limiting event can take one of a number of forms such as. catastrophic optical damage or filamentation. A general approach to this problem is to design a heterostructure which creates a high powered output while maintaining low internal optical intensities. A graded index separate confinement heterostructure (GRIN-SCH) is one such structure that accomplishes the above task. Here, the active region is sandwiched between graded index layers where the index of refraction increases nearer to the active layer. This structure has been shown to yield a high efficiency due to the confinement of both the optical power and carriers, thereby reducing the optical intensity required to achieve higher powers. The optical confinement also reinforces the optical beam quality against high power effects. Quantum dots have long been a desirable option for laser diodes due to the enhanced optical properties associated with the zeroth dimensionality. In our work, we use PICS3D software created by Crosslight Software Inc. to simulate the performance of In0.67A10.33As/A10.2Ga0.8AsquantumdotsusedwithaGRIN-SCH. The simulation tools are used to optimize the GRIN-SCH structure for high efficiency and optical beam quality.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.48-48
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• 2011

We have developed a chemically-driven top-down approach using vapor phase HCl to form various GaN nanostructures and successfully demonstrated dislocation-free and strain-relaxed GaN nanostructures without etching damage formed by a selective dissociation method. Our approach overcomes many limitations encountered in previous approaches. There is no need to make a pattern, complicated process, and expensive equipment, but it produces a high-quality nanostructure over a large area at low cost. As far as we know, this is the first time that various types of high-quality GaN nanostructures, such as dot, cone, and rod, could be formed by a chemical method without the use of a mask or pattern, especially on the Ga-polar GaN. It is well known that the Ga-polar GaN is difficult to etch by the common chemical wet etching method because of the chemical stability of GaN. Our chemically driven GaN nanostructures show excellent structure and optical properties. The formed nanostructure had various facets depending on the etching conditions and showed a high crystal quality due to the removal of defects, such as dislocations. These structure properties derived excellent optical performance of the GaN nanostructure. The GaN nanostructure had increased internal and external quantum efficiency due to increased light extraction, reduced strain, and improved crystal quality. The chemically driven GaN nanostructure shows promise in applications such as efficient light-emitting diodes, field emitters, and sensors.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.426-426
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• 2012

본 연구에서는 GaAs p-i-n 접합 구조에 InAs 양자점을 삽입한 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell; QDSC)의 내부 전기장(internal electric field)을 조사하기 위하여 Photoreflectance (PR) 방법을 이용하였다. QDSC 구조는 GaAs p-i-n 구조의 공핍층 내에 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하였으며 각 양자점 층은 40 nm 두께의 i-GaAs로 분리하였다. InAs/GaAs QDSC는 분자선박막 성장장치(molecular beam epitaxy; MBE)를 이용하여 성장하였다. 이 때 양자점의 형성은 InAs 2.0 ML(monolayer)를 기판온도 $470^{\circ}C$에서 증착하였다. QDSC 구조에서 여기광원의 세기에 따른 전기장의 변화를 조사하였다. 아울러 양자점 층 사이의 i-GaAs 층 내에 6.0 nm의 AlGaAs 퍼텐셜 장벽(potential barrier)을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 유무에 따른 전기장 변화를 조사하였다. PR 측정에서 여기광원으로는 633 nm의 He-Ne 레이저를 이용하였으며 여기광의 세기는 $2mW/cm^2$에서 $90mW/cm^2$까지 변화를 주어 여기광세기 의존성실험을 수행하였다. 여기광의 세기가 증가할수록 photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 관측할 수 있었다. PR 결과로부터 p-i-n 구조의 p-i 영역과 i-n 접합 계면의 junction field를 검출하였다. p-i-n의 i-영역에 양자점을 삽입한 경우 PR 신호에서 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주파수가 p-i-n 구조와 비교하여 변조됨을 관측하였다. 이러한 FKO 주파수성분은 fast Fourier transform (FFT)을 이용하여 검출하였다. FKO의 주파수 성분들은 고전기장하에서 electron-heavyhole (e-hh)과 electron-lighthole (e-lh) 전이에 의해 나타나는 성분으로 확인되었다.

• Advances in nano research
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• v.2 no.3
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• pp.173-177
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• 2014

This study is aimed to the numerical modeling of the surface plasmon-polariton excitation by a layer of active (electrically pumped) quantum dots embedded in a semiconductor, covered with a metal. It is shown that this excitation becomes much more efficient if the metal has a form of a thin (with thickness of several nanometers) film. The cause of this enhancement in comparison with a thick covering metal film is the partial surface plasmon-polariton localized at the metal-semiconductor interface penetration into air. In result the real part of the metal+air half-space effective dielectric function becomes closer (in absolute value) to the real part of the semiconductor dielectric function than in the case of a thick covering metal film. This leads to approaching the point of the surface plasmon-polariton resonance (where absolute values of these parts coincide) and, therefore, the enhancement of the surface plasmon-polariton excitation. The calculations were made for a particular example of InAs quantum dot layer embedded in GaAs matrix covered with an Au film. Its results indicate that for the 10 nm Au film the rate of this excitation becomes by 2.5 times, and for the 5 nm Au film - by 6-7 times larger than in the case of a thick (40 nm or more) Au film.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.154-155
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• 2010

최근 Stranski-Krastanov (SK) 성장법을 이용한 자발형성 (Self-assembled) InAs/GaAs 양자점 (Quantum Dot) 연구가 기초 물리학뿐만 아니라 응용에 있어 활발하게 진행되고 있다. 그러나 기존 보고에 따르면 SK 성장법을 통한 InAs/GaAs 양자점은 크기, 균일도, 및 밀도 등의 성장거동 제어에 한계가 있다. 예로, 성장속도 및 증착양이 감소하더라도 상대적으로 크기가 큰 InAs/GaAs 클러스터 (Cluster)를 형성하여 크기분포의 불균일 및 결함을 야기하여 결과적으로 전기/광학적 특성을 저해하는 요인이 된다. 이를 개선하기 위한 방안으로 SK 성장법을 변형한 다양한 수정자발형성법이 제안되어 연구되고 있다. 본 논문에서는 기존 SK 성장법과 Arsenic-interruption Technique(AIT), In Pre-deposition (IPD)법을 각각 접목한 수정자발형성법을 이용하여 상대적으로 크기가 큰 InAs/GaAs 양자점 또는 클러스터 형성을 감소시켜 공간적 크기 균일도 및 밀도를 제어한 결과를 보고한다. 성장된 InAs/GaAs 양자점 시료의 구조 및 광학적 특성을 원자력간현미경 (Artomic Force Microscopy, AFM)과 Photoluminescence (PL) 분광법을 이용하여 분석하였다. 기존 SK 성장법을 이용하여 형성한 기준시료의 AFM 이미지에서 InAs/GaAs 양자점과 클러스터의 공간밀도는 각각 6.4*1010/cm2와 1.4*109/cm2로 관찰되었다. 그러나, AIT를 이용한 양자점 시료의 경우 상대적으로 크기가 큰 InAs/GaAs 클러스터는 관찰되어지지 않았고, 양자점 밀도는 8.4*1010/cm2로 SK 양자점에 비하여 30% 정도 개선되었다. 또한, InAs/GaAs 클러스터를 제외한 공간 균일도는 SK-InAs/GaAs 양자점의 15.6%에 비하여 8%로 크게 개선된 결과를 얻었다. AIT 성장법을 이용한 InAs/GaAs 양자점에서 원자의 이동거리 (Migration Length)의 제어로 양자점의 형성특성이 개선된 것으로 설명할 수 있으며, Arsenic 차단 시간이 임계점 이상으로 길어지면 다시 InAs/GaAs 클러스터들이 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. InAs/GaAs 양자점과 클러스터 형성 특성이 초기 표면 조건에 어떻게 영향을 받는지 분석하기 위해, InAs 양자점 성장 이전에 V족 물질 공급 없이 Indium의 공급시간을 1초(IPDT1S 시료), 2초 (IPDT2S 시료), 3초 (IPDT1S 시료)로 변화시키면서 증착하고 기존 SK 성장법으로 양자점을 성장하였다 (IPD성장법). 그 결과 IDP1S 양자점 시료의 공간밀도가 10*1010/cm2로 SK InAs/GaAs 양자점 시료에 비해 약 60% 정도 증가하였고, 클러스터도 관찰 할 수 없었다. 그러나 IPD 시간이 증가할수록 다시 InAs/GaAs 클러스터들이 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 InAs/GaAs 양자점 성장초기에 InAs 핵생성 사이트 (Nucleation site)의 크기 및 상태를 제어하는 것이 양자점의 밀도 및 균일도를 제어하는 중요한 요소임을 알 수 있다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.6 no.3
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• pp.351-359
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• 1996

We have investigated the effect of hydrogen plasma on the formation of InAs QDs (quantum dots) structure by using a CBE (chemical beam epitaxy)system equipped with ECR (electron cyclotron resonance) plasma source. It is confirmed that the formation of self-organized InAs-QDs on GaAs is started after the growth of InAs layer up to 2.6 ML (monolayer) with the irradiation of hydrogen plasma while it is started after 1.9 ML without hydrogen gas and hydrogen plasma through the observation of RHEED patterns. Density and size of the QDs formed at $T_{sub}=370^{\circ}C$ are $1.9{\times}10^{11}cm^{-2}$ and 17.7 nm without hydrogen plasma, and $1.3{\times}10^{11}cm^{-2}$ and 19.4 nm with hydrogen plasma, respectively. It is also observed from the PL(photoluminescence) measurement on InAs-QDs that red shift in PL peak energy and broadening in FWHM (full width at half maximum)of PL peak caused by the effects of hydrogen plasma on the increment of size and its distribution. These effects of hydrogen plasma are considered as a act of atomic hydrogen which enhances the layer-growth of InAs on GaAs resulted from the relief of misfit strain between GaAs substrate and InAs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.441-441
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• 2012

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 Photoreflectance (PR) spectra에서 표면 및 계면의 전기장(electric field) 특성을 반영한다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell, QDSC) 구조에서 InAs 양자점 층 전후에 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽(potential barrier) 두께에 따른 PR spectra 및 GaAs-matrix에서 FKO 주파수 특성을 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지는 p-i-n 구조의 i-GaAs에 2.0 monolayer (ML), 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하여 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 각 양자점 층 전후에 두께가 각각 0.0, 1.6, 2.8, 6.0 nm인 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 두께에 따른 FKO 주파수 변화를 관측하였다. 또한 태양전지 구조의 전기장 분포를 좀 더 용이하게 관측하기 위해 여기 광의 세기(power intensity)를 충분히 낮추어 Photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 최소화하여 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지 구조에서 AlGaAs 장벽층이 없는 경우, PR spectra의 Fast Fourier Transform 결과에 반영되는 FKO 주파수 특성은 p-i-n 구조 계면에서 공핍층(depletion region)의 space charge field보다 양자점 층의 내부 전기장에 의한 FKO 주파수가 더 큰 진폭(amplitude)을 보였다. 반면에, AlGaAs 장벽층이 삽입되면 두께가 커짐에 따라 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 의해 더 큰 진폭의 FKO 주파수가 관측되었다. 이는 AlGaAs 장벽층이 삽입됨으로써 양자점 층 내 양자 상태 수 및 여기광에 의한 캐리어의 수와 관련이 있음을 확인하였으며, 결과적으로 GaAs-matrix에서 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 이러한 PR 특성 결과들을 InAs/GaAs 양자점 태양전지의 설계 및 제조에 반영함으로써 양자효율 증대에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2007.02a
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• pp.117-117
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• 2007

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.156-156
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• 2011

InAs와 InGaAs 양자점(Quantum Dot: QD)을 이용한 광대역 초발광 다이오드(Superluminescent Diode: SLD) 시료가 분자선증착법(Molecular Beam Epitaxy)을 이용하여 성장되었다. 광대역 파장대 출력을 얻기 위해 각기 다른 종류의 양자점과 다른 크기의 양자점을 적층하였다. 시료는 광발광(Photoluminescence: PL) 측정과 전계발광(Electroluminescence: EL) 측정을 통해 분석 되었으며, PL 측정결과 1222 nm와 1321 nm 파장에서 최대치(peak)를 나타냈으며 EL 측정결과 900mA 전류 주입시 131 nm의 반치폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)을 얻었다.