• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.159-159
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• 2010

본 논문은 테라헤르츠 소스로 저온 InGaAs를 대체하기 위한 저온 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 실리콘(Si) 도핑 농도에 따른 광학적 특성 변화를 photoluminescence (PL)과 time-resolved PL (TRPL) 측정을 이용하여 분석하였다. $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$ 시료는 분자선 엑피탁시 (molecular beam epitaxy)법으로 GaAs 기판 위에 약 $420^{\circ}C$에서 $3.7\;{\mu}m$ 두께 성장하였다. Si은 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$ 시료에서 도핑 농도가 낮을 때는 어셉터(acceptor)로 작용하다가 도핑 농도가 증가함에 따라 도너(donor)로 작용하였다. 본 연구에 사용한 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$ 시료의 Si 도핑 농도는 $4.5{\times}10^{16}\;cm^{-3}$ (n형), $4{\times}10^{16}\;cm^{-3}$ (n형), $8{\times}10^{15}\;cm^{-3}$ (n형), $1{\times}10^{15}\;cm^{-3}$ (p형), $4{\times}10^{14}\;cm^{-3}$ (p형)인 다섯 개의 시료를 사용하였다. Si 도핑한 시료의 PL 피크는 undoped 시료보다 약 100-200 nm 단파장에서 나타나고 PL 세기도 크게 증가하였다. 그러나 Si 도핑 농도가 가장 낮은 n형과 p형 시료의 PL 피크가 가장 짧은 파장 (높은 에너지)에 나타나고 도핑 농도가 증가함에 따라 장파장으로 이동함을 보였다. n형 시료의 도핑 농도가 $8{\times}10^{15}\;cm^{-3}$에서 $4.5{\times}10^{16}\;cm^{-3}$로 증가하였을 때 PL 피크는 1232 nm에서 1288 nm까지 장파장쪽으로 이동하였으며, p형 시료는 도핑 농도가 $4{\times}10^{14}\;cm^{-3}$에서 $1{\times}10^{15}\;cm^{-3}$로 증가하였을 때 PL 피크가 1248 nm에서 1314 nm로 이동함을 보였다. 또한 시료 온도에 따른 PL 결과는 온도가 증가함에 따라 PL 피크는 장파장으로 이동하면서 PL 세기는 급격하게 감소하고 약 100 - 150 K에서 소멸하였다. 그러나 ~1500 nm 이상 장파장 영역에 매우 넓은 새로운 피크가 나타났으며 온도가 증가함에 따라 PL 세기가 증가함을 확인하였다. Si 도핑 농도에 따른 운반자 수명시간 변화를 TRPL을 이용하여 측정하였다. 운반자 수명시간은 double exponential function을 이용하여 얻었다. Si 도핑 시료의 운반자 수명시간이 undoped 시료에 비해 매우 길게 나타났으며, Si 도핑 시료에서는 p형 시료들보다 n형 시료들의 운반자 수명시간이 길게 나타났다. PL 방출파장에 따른 운반자 수명시간은 Si 도핑 농도에 따라 다르게 나타났다. 이러한 PL과 TRPL 결과로부터 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 발광 특성 및 운반자 동역학은 Si 도핑에 크게 영향을 받는다는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제18권6호
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• pp.474-480
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• 2009

분자선 에피택시 (molecular beam epitaxy: MBE)를 이용하여 GaAs (100) 기판에 Indium interruption growth법으로 성장한 InAs 양자점 (quantum dots: QDs)의 광학적 특성을 photoluminescence (PL)와 time-resolved PL (TRPL) 실험을 이용하여 분석하였다. In interruption growth법은 InAs 양자점 성장 동안 As 공급은 계속 유지하면서 셔터 (shutter)를 이용해 서 In 공급을 조절하는 방법이다. 본 연구에서는 In을 1초 동안 공급하고 셔터를 0초, 9초, 19초, 29초, 또는 39초 동안 닫아 In 공급을 차단하였으며, 공급과 차단 과정을 각 30회 반복하여 양자점을 성장하였다. In interruption 시간을 0초에서 19초까지 증가하였을 때 PL 피크는 1096 nm에서 1198 nm로 적색편이 (~100 nm)하고 PL 세기는 증가하였으나, 19초에서 39초까지 증가하였을 때 PL 스펙트럼의 변화는 없고 PL 세기는 감소하였다. 모든 양자점의 PL 소멸시간 (decay time)은 약 1 ns로 바닥상태 (ground state) PL 피크에서 가장 길게 나타났다. In interruption 시간이 19초인 시료가 가장 좋은 PL 특성과 가장 짧은 운반자 소멸시간을 나타내었다. PL 특성의 향상은 In interruption 시간동안 일정한 양의 In 원자들의 분리와 이동이 증가한 것으로 설명될 수 있다. 이러한 결과로부터 In interruption 법을 이용하여 InAs 양자점의 크기, 균일도, 조밀도 등을 조절하여 원하는 파장대의 양자점을 성장할 수 있음을 알 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.279.2-279.2
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• 2016

InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) have been attracted much attention as light-emitting diodes (LEDs) in the visible and UV regions. Particularly, quantum efficiency of green LEDs is decreased dramatically as approaching to the green wavelength (~500 nm). This low efficiency has been explained by quantum confined Stark effect (QCSE) induced by piezoelectric field caused from a large lattice mismatch between InGaN and GaN. To improve the quantum efficiency of green LED, several ways including epitaxial lateral overgrowth that reduces differences of lattice constant between GaN and sapphire substrates, and non-polar method that uses non- or semi-polar substrates to reduce QCSE were proposed. In this study, graded short-period InGaN/GaN superlattice (GSL) was grown below the 5-period InGaN/GaN MQWs. InGaN/GaN MQWs were grown on the patterned sapphire substrates by vertical-metal-organic chemical-vapor deposition system. Five-period InGaN/GaN MQWs without GSL structure (C-LED) were also grown to compare with an InGaN/GaN GSL sample. The luminescence properties of green InGaN/GaN LEDs have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL (TRPL) measurements. The PL intensities of the GSL sample measured at 10 and 300 K increase about 1.2 and 2 times, respectively, compared to those of the C-LED sample. Furthermore, the PL decay of the GSL sample measured at 10 and 300 K becomes faster and slower than that of the C-LED sample, respectively. By inserting the GSL structures, the difference of lattice constant between GaN and sapphire substrates is reduced, resulting that the overlap between electron and hole wave functions is increased due to the reduced piezoelectric field and the reduction in dislocation density. As a results, the GSL sample exhibits the increased PL intensity and faster PL decay compared with those for the C-LED sample. These PL and TRPL results indicate that the green emission of InGaN/GaN LEDs can be improved by inserting the GSL structures.

• 한국진공학회지
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• 제22권6호
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• pp.321-326
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• 2013

디지털 합금(digital alloy) InGaAlAs 다중 양자 우물(multiple quantum wells: MQWs) 구조의 열처리(rapid thermal annealing: RTA) 온도에 따른 발광 특성을 PL (photoluminescence)와 TRPL (time-resolved PL)를 이용하여 분석하였다. $700^{\circ}C$에서 $850^{\circ}C$까지 온도를 변화시켜 RTA한 디지털 합금 MQWs의 PL 결과는 $750^{\circ}C$에서 RTA한 시료가 가장 강한 PL 세기와 가장 좁은 반치폭을 나타내었다. 이것은 $750^{\circ}C$에서 30초 동안 RTA하였을 때 비발광 재결합 센터가 감소하고 가장 매끄러운 경계면이 형성되는 것을 나타낸다. RTA 온도를 $800^{\circ}C$와 $850^{\circ}C$로 증가하였을 때 PL 피크는 청색편이 하였으며 PL 세기는 감소하였다. PL 피크의 청색편이는 RTA 온도가 증가함에 따라 InGaAs/InAlAs SPS (short-period superlattice)의 경계면에서의 Ga과 Al의 혼합(intermixing)으로 Al 함량이 증가한 것으로 설명되며, PL 세기의 감소는 경계면의 거칠기의 증가와 인듐의 상분리(phase separation)로 인한 비균일 조성(compositional fluctuation)으로 설명된다. RTA 온도를 증가하였을 때 PL 소멸시간은 증가하였으며, 이것은 비발광 재결합 센터(결정 결함)가 감소한 것을 나타낸다. 디지털 합금 InGaAlAs MQWs 시료의 PL 특성은 적절한 RTA 조건에서 현저히 향상되는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.160-160
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• 2010

테라헤르츠 소스로 저온 InGaAs를 대체하기 위해 저온에서 성장한 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 성장 온도에 따른 광학적 photoluminescence (PL)과 time-resolved PL (TRPL) 측정을 이용하여 분석하였다. 또한 Be 도핑 농도에 따른 p형 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 PL과 TRPL 특성을 undoped $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$와 Si-doped $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$ 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에 사용한 시료는 분자선 엑피탁시 (molecular beam epitaxy)법으로 GaAs 기판 위에 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$을 다양한 성장온도에서 ${\sim}3.7\;{\mu}m$두께 성장하였다. $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 성장온도는 $400^{\circ}C$ 에서 $460^{\circ}C$까지 변화시키며 성장하였으며, Si과 Be 도핑한 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$ 시료는 약 $420^{\circ}C$에서 성장하였다. 모든 시료의 PL 피크는 ~1450 nm 근처에서 나타나며 단파장 영역에 shoulder 피크가 나타났다. 그러나 가장 낮은 온도 $400^{\circ}C$에서 성장한 시료는 1400 nm에서 1600 nm에 걸쳐 매우 넓은 피크가 측정되었다. PL 세기는 $450^{\circ}C$ 에서 성장한 시료가 가장 강하게 나타났으며, $435^{\circ}C$에서 성장한 시료의 PL 세기가 가장 약하게 나타났다. 방출파장에 따른 PL 소멸곡선을 측정하였으며 double exponential function을 이용하여 운반자 수명시간을 계산하였다. 운반자 수명시간은 빠른 소멸성분 $\tau_1$과 느린 소멸성분 $\tau_2$가 존재하고 빠른 성분 $\tau_1$의 PL 진폭이 약 80%로 느린 성분 $\tau_2$보다 우세하게 나타났다. 각 PL 피크에서의 운반자 수명시간 $\tau_1$은 ~1 ns로 성장온도에 따른 변화는 관찰되지 않았다. 또한 방출파장이 1400 nm에서 1480 nm까지 PL 피크 근처에서 운반자 수명시간은 거의 일정하게 나타났다. Be-doped 시료의 PL 피크는 1236 nm에서 나타나며, Si-doped 시료는 1288 nm, undoped 시료는 1430 nm에서 PL 피크가 측정되었다. PL 피크에서 PL 소멸곡선은 Be-doped 시료가 가장 빨리 감소하였으며, Si-doped 시료가 가장 길게 나타났다. 이러한 결과로부터 $In_{0.64}Al_{0.36}Sb$의 광학적 특성은 성장 온도, dopant type, 도핑 농도에 따라 변화하는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제20권6호
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• pp.449-455
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• 2011

$In_{0.4}Al_{0.6}As$ 버퍼층의 성장온도 변화에 따른 $In_{0.5}Ga_{0.5}As/In_{0.5}Al_{0.5}As$ 다중양자우물(multiple quantum wells, MQWs)의 광학적 특성을 포토루미네션스(photoluminescence, PL)와 시간분해 포토루미네션스(time-resolved PL, TRPL) 측정을 이용하여 분석하였다. $In_{0.4}Al_{0.6}As$ 버퍼층은 기판의 온도를 $320^{\circ}C$에서 $580^{\circ}C$까지 다양하게 변화시키며 $1{\mu}m$ 성장하였으며, 그 위에 $In_{0.5}Al_{0.5}As$ 층을 $480^{\circ}C$에서 $1{\mu}m$ 성장한 후 InGaAs/InAlAs MQWs을 성장하였다. MQWs는 6-nm, 4-nm, 그리고 2.5-nm 두께의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ 양자우물과 10-nm 두께의 $In_{0.5}Al_{0.5}As$ 장벽으로 이루어졌다. 4-nm QW과 6-nm QW로부터 PL 피크가 나타났으나, $In_{0.4}Al_{0.6}As$ 성장온도 변화가 가장 큰($320^{\circ}C$에서 $580^{\circ}C$까지 변화) 시료는 6-nm QW에서의 PL 피크만 나타났다. 낮은 온도($320^{\circ}C$에서 $480^{\circ}C$까지 변화)에서 성장한 $In_{0.4}Al_{0.6}As$ 버퍼층 위에 성장한 MQWs의 PL 특성이 우수하게 나타났다. 발광파장에 따른 TRPL 결과로 4-nm QW과 6-nm QW에서의 캐리어 소멸시간을 얻었다.

• 한국진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.211-216
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• 2010

$In_{0.5}Al_{0.5}As$ 버퍼층(buffer layer)의 성장온도 변화에 따른 $In_{0.5}Ga_{0.5}As/In_{0.5}Al_{0.5}As$ 다중양자우물(multiple quantum wells: MQWs)의 광학적 특성을 photoluminescence (PL)와 time-resolved PL (TRPL) 측정을 이용하여 분석하였다. $In_{0.5}Al_{0.5}As$ 버퍼층은 $320^{\circ}C$에서 $580^{\circ}C$까지 다양한 온도조건에서 $1{\mu}m$ 성장하였으며, 그 위에 6 nm, 4 nm, 그리고 2.5 nm 두께의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ 양자우물(quantum well)과 10 nm 두께의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ 장벽(barrier)의 MQWs을 성장하였다. 낮은 온도($320-480^{\circ}C$)에서 성장한 InAlAs 버퍼층의 MQWs는 4 nm QW과 6 nm QW로부터 모두 PL 피크가 측정되었으나, 높은 온도($320-580^{\circ}C$)의 버퍼층 위에 성장한 MQWs는 6 nm QW에서의 PL 피크만 관찰되었다. 일정한 온도 $480^{\circ}C$에서 성장한 버퍼층의 MQWs의 PL 세기가 가장 강하게 측정되었으며, 가장 높은 온도에서($530-580^{\circ}C$)에서 성장한 버퍼층의 MQWs의 PL 세기가 가장 약하게 나타났다. 이러한 PL 결과로부터 $In_{0.5}Al_{0.5}As$ 버퍼층의 최적의 성장조건은 일정한 온도 $480^{\circ}C$임을 확인하였다. 방출파장에 따른 PL 소멸시간(decay time)과 PL 스펙트럼으로부터 4 nm QW과 6 nm QW에서의 운반자 수명시간을 얻었다.