• Current Optics and Photonics
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• v.4 no.3
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• pp.161-173
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• 2020

Colloidal quantum dots (QDs) have gained tremendous attention as a key material for highly advanced display technologies. The performance of QD light-emitting diodes (QLEDs) has improved significantly over the past two decades, owing to notable progress in both material development and device engineering. The brightness of QLEDs has improved by more than three orders of magnitude from that of early-stage devices, and has attained a value in the range of traditional inorganic LEDs. The emergence of high-luminance (HL) QLEDs has induced fresh demands to incorporate the unique features of QDs into a wide range of display applications, beyond indoor and mobile displays. Therefore it is necessary to assess the present status and prospects of HL-QLEDs, to expand the application domain of QD-based light sources. As part of this study, we review recent advances in HL-QLEDs. In particular, based on reports of brightness exceeding 10⁵ cd/㎡, we have summarized the major approaches toward achieving high brightness in QLEDs, in terms of material development and device engineering. Furthermore, we briefly introduce the recent progress achieved toward QD laser diodes, being the next step in the development of HL-QLEDs. This review provides general guidelines for achieving HL-QLEDs, and reveals the high potential of QDs as a universal material solution that can enable realization of a wide range of display applications.

• 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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• 2013.02a
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• pp.658-658
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• 2013

Graphene is an attractive material for various device applications due to great electrical properties and chemical properties. However, lack of band gap is significant hurdle of graphene for future electrical device applications. In the past few years, several methods have been attempted to open and tune a band gap of graphene. For example, researchers try to fabricate graphene nanoribbon (GNR) using various templates or unzip the carbon nanotubes itself. However, these methods generate small driving currents or transconductances because of the large amount of scattering source at edge of GNRs. At 2009, Bai et al. introduced graphene nanomesh (GNM) structures which can open the band gap of large area graphene at room temperature with high current. However, this method is complex and only small area is possible. For practical applications, it needs more simple and large scale process. Herein, we introduce a photosensitive graphene device fabrication using CdSe QD coated nano-porous graphene (NPG). In our experiment, NPG was fabricated by thin film anodic aluminum oxide (AAO) film as an etching mask. First of all, we transfer the AAO on the graphene. And then, we etch the graphene using O2 reactive ion etching (RIE). Finally, we fabricate graphene device thorough photolithography process. We can control the length of NPG neckwidth from AAO pore widening time and RIE etching time. And we can increase size of NPG as large as 2 $cm^2$. Thin CdSe QD layer was deposited by spin coatingprocess. We carried out NPG structure by using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). And device measurements were done by Keithley 4200 SCS with 532 nm laser beam (5 mW) irradiation.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.6
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• pp.646-651
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• 2018

This paper reports that the electronic properties at a $P3HT/TiO_2$ interface associated with exciton dissociation and transport can be tailored by the insertion of a graphene quantum dot (GQD) layer. For donor/acceptor interface modification in an $ITO/TiO_2/P3HT/Al$ photovoltaic (PV) device, a continuous GQD film was prepared by a sonication treatment in solution that simplifies the conventional processes, including laser fragmentation and hydrothermal treatment, which limits a variety of component layers and involves low cost processing. The high conductivity and favorable energy alignment for exciton dissociation of the GQD layer increased the fill factor and short circuit current. The origin of the improved parameters is discussed in terms of the broad light absorption and enhanced interfacial carrier transport.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.6
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• pp.342-347
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• 2012

The optical properties of InAs quantum dots (QDs) grown on a GaAs substrates by migration enhanced molecular beam epitaxy method have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The luminescence properties of InAs/GaAs QDs have been studied as functions of temperature, excitation laser power, and emission wavelength. The PL peak of InAs QDs capped with $In_{0.15}Ga_{0.85}As$ layer (QD2) measured at 10 K is redshifted about 80 nm compared with that of InAs QDs with no InGaAs layer (QD1). This redshift of QD2 is attributed to the increase in dot size due to the diffusion of In from the InGaAs capping layer. The PL decay times of QD1 and QD2 at 10 K are 1.12 and 1.00 ns taken at the PL peak of 1,117 and 1,197 nm, respectively. The reduced decay time of QD2 can be explained by the improved carrier confinement and enhanced wave function overlap due to increased QD size. The PL decay times for both QD1 and QD2 are independent on the emission wavelength, indicating the uniformity of dot size.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.293-294
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• 2011

It is known that semiconductor quantum-dot (QD) heterostructures have superior zero-dimensional quantum confinement, and they have been successfully applied to semiconductor laser diodes (QDLDs) for optical communication and infrared photodetectors (QDIPs) for thermal images [1]. The self-assembled QDs are normally formed at Stranski-Krastanov (S-K) growth mode utilizing the accumulated strain due to lattice-mismatch existing at heterointerfaces between QDs and cap layers. In order to increase the areal density and the number of stacks of QDs, recently, sub-monolayer (SML)-thick QDs (SQDs) with reduced strain were tried by equivalent thicknesses thinner than a wetting layer (WL) existing in conventional QDs (CQDs) by S-K mode. Despite that it is very different from CQDs with a well-defined WL, the SQD structure has been successfully applied to QDIP[2]. In this study, optical characteristics are investigated by using photoluminescence (PL) spectra taken from self-assembled InAs/GaAs QDs whose coverage are changing from submonolayer to a few monolayers. The QD structures were grown by using molecular beam epitaxy (MBE) on semi-insulating GaAs (100) substrates, and formed at a substrate temperature of 480$^{\circ}C$ followed by covering GaAs cap layer at 590$^{\circ}C$. We prepared six 10-period-stacked QD samples with different InAs coverages and thicknesses of GaAs spacer layers. In the QD coverage below WL thickness (~1.7 ML), the majority of SQDs with no WL coexisted with a small amount of CQDs with a WL, and multi-peak spectra changed to a single peak profile. A transition from SQDs to CQDs was found before and after a WL formation, and the sublevel of SQDs peaking at (1.32${\pm}$0.1) eV was much closer to the GaAs bandedge than that of CQDs (~1.2 eV). These revealed that QDs with no WL could be formed by near-ML coverage in InAs/GaAs system, and single-mode SQDs could be achieved by 1.5 ML just below WL that a strain field was entirely uniform.

• 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 Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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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.

• 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.