• 한국재료학회지
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• 제16권3호
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• pp.183-187
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• 2006

We present the effects of rapid thermal annealing (RTA) temperature on the structural and optical properties of self-assembled InAs quantum dot (QD) structures grown on GaAs substrates by molecular beam epitaxy (MBE). The photoluminescence (PL) measurements are performed in a closed-cycle refrigerator as a function of temperature for the unannealed and annealed samples. RTA at higher temperature results in the increase in island size, the corresponding decrease in the density of islands, and the redshift in the PL emission from the islands. The temperature dependence of the PL peak energy for the InAs QDs is well expressed by the Varshni equation. The thermal quenching activation energies for the samples unannealed and annealed at $600^{\circ}C$ are found to be $25{\pm}5meV$ and $47{\pm}5$ meV, respectively.

• 한국진공학회지
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• 제22권1호
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• pp.37-44
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• 2013

본 연구에서는 양자점(quantum dot, QD)에서의 전하트랩이 태양전지의 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, GaAs 모체 태양전지(MSC)의 활성층에 InAs/GaAs QD을 삽입한 $p^+-QD-n/n^+$ 태양전지(QSC)를 제작하여 그 특성을 비교 조사하였다. Stranski-Krastanow (SK)와 준단층(quasi-monolayer, QML)의 2종류 QD를 도입하였으며, 표준 태양광(AM1.5)에서 얻은 전류-전압 곡선으로부터 태양전지의 특성인자(개방전압($V_{OC}$), 단락전류($I_{SC}$), 충만도(FF), 변환효율(CE))를 결정하였다. SK-QSC의 FF값은 80.0%로 MSC의 값(80.3%)과 비슷한 반면, $V_{OC}$와 $J_{SC}$는 각각 0.03 V와 $2.6mA/cm^2$만큼 감소하였다. $V_{OC}$ 및 $J_{SC}$ 감소 결과로 CE는 2.6% 저하되었는데, QD에 의한 전하트랩이 주요 원인으로 지적되었다. 전하트랩을 완화시키기 위한 구조로서 QML-QD 기반 태양전지를 본 연구에서 처음 시도하였으나, 예측과는 달리 부정적 결과를 보였다.

• 한국재료학회지
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• 제29권9호
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• pp.542-546
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• 2019

We investigate the characteristics of self-assembled quantum dot infrared photodetectors(QDIPs) based on doping level. Two kinds of QDIP samples are prepared using molecular beam epitaxy : $n^+-i(QD)-n^+$ QDIP with undoped quantum dot(QD) active region and $n^+-n^-(QD)-n^+$ QDIP containing Si direct doped QDs. InAs QDIPs were grown on semi-insulating GaAs (100) wafers by molecular-beam epitaxy. Both top and bottom contact GaAs layer are Si doped at $2{\times}10^{18}/cm^3$. The QD layers are grown by two-monolayer of InAs deposition and capped by InGaAs layer. For the $n^+-n^-(QD)-n^+$ structure, Si dopant is directly doped in InAs QD at $2{\times}10^{17}/cm^3$. Undoped and doped QDIPs show a photoresponse peak at about $8.3{\mu}m$, ranging from $6{\sim}10{\mu}m$ at 10 K. The intensity of the doped QDIP photoresponse is higher than that of the undoped QDIP on same temperature. Undoped QDIP yields a photoresponse of up to 50 K, whereas doped QDIP has a response of up to 30 K only. This result suggests that the doping level of QDs should be appropriately determined by compromising between photoresponsivity and operating temperature.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.134-135
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• 2011

양자점은 전자와 양공을 3차원으로 속박 시키므로 기존의 bulk나 양자우물보다 양자점을 이용한 레이저 다이오드의 경우 낮은 문턱 전류, 높은 미분이득 및 온도 안전성의 장점이 있을 거라 기대되고 있다. 그러나, 양자점은 낮은 areal coverage 때문에 높은 속박효율을 얻지 못하고 있다. 이러한 양자점의 문제점을 해결하기 위해 양자점을 양자우물 안에 성장시켜 운반자들의 포획을 향상시키는 방법들이 연구되고 있다. 양자우물 안에 양자점을 넣으면 양자우물이 운반자들의 포획을 증가 시키고, 열적 방출도 억제하여 온도 안정성이 향상 되는 것으로 알려져 있다. 광통신 대역의 1.3 ${\mu}m$ 경우, GaAs계를 이용하여 InAs 양자점을 strained InGaAs 박막을 우물층으로 한 dot-in-a-well 구조의 연구는 몇몇 보고된 바 있다. 그러나 InP계를 사용하는 1.55 ${\mu}m$ 대역에서 dot-in-a-well구조의 연구는 아직 미미하다. 본 연구에서는 유기 금속 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition)을 이용하여 InP 기판 위에 InAs 양자점을 자발성장법으로 성장하였으며 dot-in-a-well 구조에서 우물층으로 1.35 ${\mu}m$ 파장의 $In_{0.69}Ga_{0.31}As_{0.67}P_{0.33}$ (1.35Q)를, 장벽층으로는 1.1 ${\mu}m$ 파장의 $In_{0.85}Ga_{0.15}As_{0.32}P_{0.68}$(1.1Q)를 사용하였다. 양자우물층과 장벽층은 모두 InP 기판과 격자가 일치하는 조건으로 성장하였다. III족 원료로는 trimethylindium (TMI)와 trimethylgalium (TMGa)을 사용하였으며 V족 원료 가스로는 $PH_3$ 100%, $AsH_3$ 100%를, carrier gas로는 $H_2$를 사용하였다. InP buffer층의 성장 온도는 640$^{\circ}C$이며 양자점 성장 온도는 520$^{\circ}C$이다. 양자점 형성은 원자력간 현미경(Atomic force microscopy)를 이용하여 확인하였으며, 박막의 결정성은 쌍결정 회절분석(Double crystal x-ray deffractometry)를 이용하여 확인하였다. 확인된 성장 조건을 이용하여 양자점 시료를 성장하였으며 광여기분광법(Photoluminescence)을 이용하여 광특성을 분석하였다. Fig. 1은 dot in a barrier 와 dot-in-a-well 시료의 성장구조이다. Fig. 1(a)는 일반적인 dot-in-a-barrier 구조로 InP buffer층을 성장하고 1.1Q를 100 nm 성장한 후 양자점을 성장하였다. 그 후 1.1Q 100 nm와 InP 100 nm로 capping하였다. Fig. 1(b)는 dot-in-a-well 구조로 InP buffer층을 성장하고 1.1Q를 100 nm 성장 후 1.35Q 우물층을 4 nm 성장하였다. 그 위에 InAs 양자점을 성장하였다. 그 후에 1.35Q 우물층을 4 nm 성장하고 1.1Q 100 nm와 InP 100 nm로 capping하였다. Fig. 2는 dot-in-a-barrier 시료와 dot-in-a-well 시료의 상온 PL data이다. Dot-in-a-barrier 시료의 PL 파장은 1544 nm이며 반치폭은 79.70 meV이다. Dot-in-a-well 시료의 파장은 1546 nm이며 반치폭은 70.80 meV이다. 두 시료의 PL 파장 변화는 없으며, 반치폭은 dot-in-a-well 시료가 8.9 meV 감소하였다. Dot-in-a-well 시료의 PL peak 강도는 57% 증가하였으며 적분강도(integration intensity)는 45%가 증가하였다. PL 데이터에서 높은 에너지의 반치폭 변화는 없으며 낮은 에너지의 반치폭은 8 meV 감소하였다. 적분강도 증가에서 dot-in-a-well 구조가 dot-in-a-barrier 구조보다 전자-양공의 재결합이 증가한다는 것을 알 수 있으며, 반치폭 변화로부터 특히 높은 에너지를 갖는 작은 양자점에서의 재결합이 증가 된 것을 알 수 있다. 이는 양자우물이 장벽보다 전자-양공의 구속력을 증가시키기 때문에 양자점에 전자와 양공의 공급을 증가시키기 때문이다. 따라서 낮은 에너지를 가지는 양자점을 모두 채우고 높은 에너지를 가지는 양자점까지 채우게 되므로, 높은 에너지를 가지는 양자점에서의 전자-양공 재결합이 증가되었기 때문이다. 뿐만 아니라 파장 변화 없이 PL peak 강도와 적분강도가 증가하고 낮은 에너지 쪽의 반치폭이 감소한 것으로부터 에너지가 낮은 양자점보다는 에너지가 높은 양자점에서의 전자-양공 재결합율이 급증하였음을 알 수 있다. 우리는 이와 같은 연구에서 InP계를 이용해 1.55 ${\mu}m$에서도 dot in a well구조를 성장 하여 더 좋은 특성을 낼 수 있으며 앞으로 많은 연구가 필요할 것이라 생각한다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제30권4호
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• pp.857-862
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• 2009

We model lattice-mismatched group III-V semiconductor $In_{x}Ga_{1-x}$ alloys with the three-parameter anharmonic Kirkwood-Keating potential, which includes realistic distortion effect by introducing anharmonicity. Although the potential parameters were determined based on optical properties of the binary parent alloys InAs and GaAs, simulated dielectric functions, reflectance, and Raman spectra of alloys agree excellently with experimental data for any arbitrary atomic composition. For a wide range of atomic composition, InAs- and GaAs-bond retain their respective properties of binary parent crystals despite lattice and charge mismatch. It implies that use of the anharmonic Kirkwood-Keating potential may provide an optimal model system to investigate diverse and unique optical properties of quantum dot heterostructures by circumventing potential parameter searches for particular local structures.

• 한국진공학회지
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• 제18권5호
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• pp.352-357
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• 2009

본 연구에서는 1.1 eV의 에너지대역을 흡수할 수 있는 InAs 양자점구조와 1.3 eV의 에너지 대역을 흡수 할 수 있는 InGaAs 양자우물구조를 이용한 텐덤형 태양전지의 구조를 1D poisson을 이용해 설계하고, 분자선 에피택시 장비를 이용하여 각각 5, 10, 15층씩 쌓은 양자점 및 양자우물구조를 삽입하여 p-n접합을 성장하였다. Photoluminescence (PL) 측정을 이용한 광학적특성 평가에서 양자점 5층 및 양자우물 10층을 삽입한 구조의 PL 피크가 가장 높은 상대발광강도를 나타냈으며, 각각 1.1 eV 및 1.3 eV에서 57.6 meV 및 12.37 meV의 Full Width at Half Maximum을 나타내었다. 양자점의 밀도 및 크기는 Reflection High-Energy Electron Diffraction system과 Atomic Force Microscope를 이용해 분석하였다. 그리고 GaAs/AlGaAs층을 이용한 터널접합에서는 I-V 측정을 통하여 GaAs층의 두께(20, 30, 50 nm)에 따른 터널링 효과를 평가하였다. GaAs 층의 두께가 30 nm 및 50 nm의 터널접합에서는 backward diode 특성을 나타낸 반면, 20 nm GaAs층의 GaAs/AlGaAs 터널접합에서는 다이오드 특성 곡선을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.234-234
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• 2010

The PR transitions in asymmetric dot-in-double-quantum-well (DdWELL) photodetector is identified by bias-dependent spectral behaviors. Discrete n-i-n infrared photodetectors were fabricated on a 30-period asymmetric InAs-QD/[InGaAs/GaAs]/AlGaAs DdWELL wafer that was prepared by MBE technique. A 2.0-monolayer (ML) InAs QD ensemble was embedded in upper combined well of InGaAs/GaAs and each stack is separated by a 50-nm AlGaAs barrier. Each pixel has circular aperture of 300 um in diameter, and the mesa cell ($410{\times}410\;{\mu}m^2$) was defined by shallow etching. PR measurements were performed in the spectral range of $3{\sim}13\;{\mu}m$ (~ 100-400 meV) by using a Fourier-transform infrared (FTIR) spectrometer and a low-noise preamplifier. The asymmetric photodetector exhibits unique transition behaviors that near-/far-infrared (NIR/FIR) photoresponse (PR) bands are blue/red shifted by the electric field, contrasted to mid-infrared (MIR) with no dependence. In addition, the MIR-FIR dual-band spectra change into single-band feature by the polarity. A four-level energy band model is proposed for the transition scheme, and the field dependence of FIR bands numerically calculated by a simplified DdWELL structure is in good agreement with that of the PR spectra. The wavelength shift by the field strength and the spectral change by the polarity are discussed on the basis of four-level transition.

• 한국진공학회지
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• 제10권3호
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• pp.374-379
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• 2001

MBE를 이용하여 GaAs위에 InAs 양자점을 성장시키고 Ga, As, In, As의 순서로 셔터를 교대로 열어주는 방식으로 3주기 반복하여 InGaAs 층을 성장시키고 그 위에 다시 GaAs층을 성장시킨 시료(시료번호: QDl)에 대하여 온도를 변화시키며 열처리를 수행한 후 그 광학적 특성을 분석하였다. 기존의 다른 그룹들의 연구결과처럼, InAs 양자점을 성장시키고 GaAs 에피층을 barrier층으로 성장시킨 경우, 열처리 온도가 증가함에 따라 발광피크는 단파장쪽으로 이동하는 것을 확인하였다. 반면에, InGaAs층을 포함하고 있는 QDI 시료의 경우, 발광 피크의 위치가 열처리 온도가 $600^{\circ}C$가 될 때까지는 장파장 쪽으로 이동하다가, 그 이상의 온도에서는 단파장 쪽으로 이동하는 현상을 관찰하였다. 또한, 발광피크의 반치폭도 열처리 온도가 증가하면서 감소하는 경향을 보이다가 다시 증가되는 경향을 보이고 있다.

• 한국전자현미경학회:학술대회논문집
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• 한국현미경학회 2005년도 제36차 춘계학술대회 및 제3회 HVEM 이용자 워크샵
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• pp.66-69
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• 2005

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2006년도 제30회 학술논문발표회 초록집
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• pp.203-203
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• 2006