Simonyan, Arpine K.;Gambaryan, Karen M.;Aroutiounian, Vladimir M.
Advances in nano research
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v.5
no.4
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pp.303-311
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2017
The continuum elasticity model is applied to investigate quantitatively the growth features and nucleation mechanism of quantum dots, nanopits, and joint QDs-nanopits structures in GaInAlN quasyternary systems. We have shown that for GaInAlN material system at the critical strain of ${\varepsilon}^*=0.039$ the sign of critical energy and volume is changed. We assume that at ${\varepsilon}={\varepsilon}^*$ the mechanism of the nucleation is changed from the growth of quantum dots to the nucleation of nanopits. Obviously, at small misfit (${\varepsilon}$ < ${\varepsilon}^*$), the bulk nucleation mechanism dominates. However, at ${\varepsilon}$ > ${\varepsilon}^*$, when the energy barrier becomes negative as well as a larger misfit provides a low-barrier path for the formation of dislocations, the nucleation of pits becomes energetically preferable. The free energy of mixing for $Ga_{1-x-y}In_xAl_yN$ quasiternary system was calculated and studied and its 3D sketch was plotted.
In this study, quantum dots composed of $Mn^{2+}$ doped ZnS core and ZnS shell were synthesized using MPA precursor at room temperature. The ZnS: Mn/ZnS quantum dots were prepared by varying the content of MPA in the synthesis of ZnS shells. XRD, Photo-Luminescence (PL), XPS and TEM were used to characterize the properties of the ZnS: Mn/ZnS quantum dots. As a result of PL measurement using UV excitation light at 365 nm, the PL intensity was found to greatly increase when MPA was added at 15 ml, compared to the case with no MPA; the PL peaks shifted from 603 nm to 598 nm. A UV sensor was fabricated by using a sputtering process to form a Pt pattern and placing a QD on the Pt pattern. To verify the characteristics of the sensor, we measured the electrical properties via irradiation with UV, Red, Green, and Blue light. As a result, there were no reactions for the R, G, and B light, but an energy of 3.39 eV was produced with UV light irradiation. For the sensor using ZnS: Mn/ZnS quantum dots, the maximum current (A) value decreased from $4.00{\times}10^{-11}$ A to $2.62{\times}10^{-12}$ A with increasing of the MPA content. As the MPA content increases, the PL intensity improves but the electrical current value dropped because of the electron confinement effect of the core-shell.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.1
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pp.18-23
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2022
Electrohydrodynamic jet (e-jet) printing, a type of direct contactless microfabrication technology, is a versatile fabrication process that enables a wide range of micro/nanopattern arrays by applying a strong electric field between the nozzle and the substrate. In general, the morphology and the thickness of polymers/quantum dot micropatterns show a systematic dependence on the diameter of the nozzle and the ink composition with a fully automated printing machine. The purpose of this report is to provide typical examples of e-jet printed micropatterns of polymers/quantum dots to explain the effect of each process variable on the result of experiments. Here, we demonstrate several operating conditions that allow high-resolution printing of layers of polymers/quantum dots with a precise control over thickness and submicron lateral resolution.
Ha, Jae-Du;Hwang, Jeong-U;Gang, Sang-U;No, Sam-Gyu;Lee, Sang-Jun;Kim, Jong-Su;Krishna, Sanjay;Urbas, Augustine;Ku, Zahyun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.334-334
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2013
In the past decade, the infrared detectors based on intersubband transition in quantum dots (QDs) have attracted much attention due to lower dark currents and increased lifetimes, which are in turn due a three-dimensional confinement and a reduction of scattering, respectively. In parallel, focal plane array development for infrared imaging has proceeded from the first to third generations (linear arrays, 2D arrays for staring systems, and large format with enhanced capabilities, respectively). For a step further towards the next generation of FPAs, it is envisioned that a two-dimensional metal hole array (2D-MHA) structures will improve the FPA structure by enhancing the coupling to photodetectors via local field engineering, and will enable wavelength filtering. In regard to the improved performance at certain wavelengths, it is worth pointing out the structural difference between previous 2D-MHA integrated front-illuminated single pixel devices and back-illuminated devices. Apart from the pixel linear dimension, it is a distinct difference that there is a metal cladding (composed of a number of metals for ohmic contact and the read-out integrated circuit hybridization) in the FPA between the heavily doped gallium arsenide used as the contact layer and the ROIC; on the contrary, the front-illuminated single pixel device consists of two heavily doped contact layers separated by the QD-absorber on a semi-infinite GaAs substrate. This paper is focused on analyzing the impact of a two dimensional metal hole array structure integrated to the back-illuminated quantum dots-in-a-well (DWELL) infrared photodetectors. The metal hole array consisting of subwavelength-circular holes penetrating gold layer (2DAu-CHA) provides the enhanced responsivity of DWELL infrared photodetector at certain wavelengths. The performance of 2D-Au-CHA is investigated by calculating the absorption of active layer in the DWELL structure using a finite integration technique. Simulation results show the enhanced electric fields (thereby increasing the absorption in the active layer) resulting from a surface plasmon, a guided mode, and Fabry-Perot resonances. Simulation method accomplished in this paper provides a generalized approach to optimize the design of any type of couplers integrated to infrared photodetectors.
We fabricated the distributed feedback (DFB) InP/InGaAs/InP grating structures on InP (100) substrates by metal-organic chemical vapor deposition, and their structural properties were investigated by atomic force microscopy and scanning electron microscopy. Self-assembled InAs/InAlGaAs quantum dots (QDs) were grown on the InP/InGaAs/InP grating structures by molecular beam epitaxy, and their optical properties were compared with InAs/InAlGaAs QDs without grating structure. The duty of the grating structures was about 30%. The PL peak position of InAs/InAlGaAs QDs grown on the grating structure was 1605 nm, which was red-shifted by 18 nm from that of the InAs/InAlGaAs QDs without grating structure. This indicates that the formation of InAs/InAlGaAs QDs was affected by the existence of the DFB grating structures.
Hwang, Seok Min;Lee, Jae Bin;Kim, Se Hyeon;Ryu, Jeong Ho
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.22
no.5
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pp.233-240
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2012
White LEDs (light-emitting diodes) are promising new-generation light sources which can replace conventional lamps due to their high reliability, low energy consumption and eco-friendly effects. This paper briefly reviews recent progress of oxy/nitride host phosphor and quantum dot materials with broad excitation band characteristics for phosphor-converted white LEDs. Among oxy/nitride host materials, $M_2Si_5N_8$ : $Eu^{2+}$, $MAlSiN_3$ : $Eu^{2+}$ M-SiON (M = Ca, Sr, Ba), ${\alpha}/{\beta}$-SiAlON : $Eu^{2+}$ are excellent phosphors for white LED using blue-emitting chip. They have very broad excitation bands in the range of 440~460 nm and exhibit emission from green to red. In this paper, In this review we focus on recent developments in the crystal structure, luminescence and applications of the oxy/nitride phosphors for white LEDs. In addition, the application prospects and current trends of research and development of quantum dot phosphors are also discussed.
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.
Kim, Yeong-Ho;Kim, Seong-Jun;No, Sam-Gyu;Park, Dong-U;Kim, Jin-Su;Im, In-Sik;Kim, Jong-Su
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 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.
Sin, Hyeon-Uk;Choe, Jeong-U;Kim, Jun-O;Lee, Sang-Jun;No, Sam-Gyu;Lee, Gyu-Seok;Krishna, S.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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