• Title, Summary, Keyword: GaAs 양자 우물

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Optical Phonons in AlGaAs/GaAs Multiple Quantum Well Structures

  • Kim, Jin-Heung;No, Hui-Seok;Choe, Won-Jun;Song, Jin-Dong;Im, Jun-Yeong;Park, Seong-Jun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.289-289
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    • 2012
  • Molecular beam epitaxy 방법으로 성장시킨 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조에 대한 라만 산란 연구를 보고한다. InAs 양자점이 성장된 Si 기판 위에 각기 다른 온도에서 두께 약 1 ${\mu}m$의 GaAs 층을 두 단계로 성장시킨 후 그 위에 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조를 성장시켰다. AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조의 광학적 특성에 영향을 주는 GaAs 층의 변형력(stress)의 변화를 알기 위해서 시료의 측면으로부터 공간 분해된 라만 산란 실험을 수행하였다. 라만 산란 실험으로부터 AlGaAs/GaAs 다중 양자 우물 구조가 지니는 모든 종류의 광학 포논을 관측하였으며, 두 단계로 성장시킨 GaAs 층에서의 변형력이 Si 기판으로부터 멀어질수록 성장조건의 변화에 따라서 다르게 전개된다는 것을 파악하였다.

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$SiN_x$ 덮개층의 성장조건이 InGaAs/InGaAsP 양자우물 무질서화에 미치는 영향

  • 최원준;이희택;우덕하;김선호;김광남;조재원
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.92-92
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    • 1999
  • 양자우물 무질서화 기술은 양자우물구조의 성장후 그 구조의 밴드갭을 국부적으로 변화시킬 수 있는 기술적 특성으로 인해 기존의 광기능 소자 제작을 위한 결정재성장방법을 대체 혹은 보완할 수 있는 장점이 있기 때문에 최근 활발히 연구되고 있다. 여러 가지 양자우물 무질서화공정중 유전체 박막을 사용하는 impurity free vacancy disordering (IFVD) 공정은 불순물이 개입하지 않는 공정으로 공정후 양질의 반도체 표면을 유지할 수 있는 장점이 있으며 고아소자 제작시 광손실의 증가를 초래하지 않는다. 이 공정은 vacancy의 source로 작용하는 유전체박막의 특성에 크게 의존하며 GaAs/AlGaAs 계열의 양자우물에서는 많은 연구가 진행되었으나, 광통신용 광소자의 제작에 사용되는 InGaAs/InGaAsP 계열의 양자우물에 대한 연구는 충분하지 않다. 그림 1은 IFVD를 위해 본 연구에서 사용된 CBE로 성장한 InGaAs/InGaAsP SQW 구조이다. 성장된 구조는 상온에서의 QW peak, λpl=1550nm 이었다. IFVD를 위한 유전체 덮개층으로는 PECVD로 성장 조정하여 박막성장시의 조건을 변화시킴으로써 유전체 덮개층 박막의 특성을 변화시켰다. 그림 2는 질소 분위기의 furnace에서 75$0^{\circ}C$로 8분간 IFVD를 수행한후 측정한 무질서화된 양자우물의 상온 PL spectrum을 보여준다. 그림에서 보는바와 같이 동일한 SiNx 덮개층을 사용하는 경우에도 적어도 24meV의 bandgap차를 갖는 양자우물을 영역을 동일한 기판상에 제작할 수 있음을 알 수 있다. 일반적으로 IFVD 방법으로 국부적으로 양자우물을 무질서화 하기 위해서는 SiNx/SiO2와 같은 강이한 박막을 사용하였지만 이 방법을 사용하는 경우 상이한 박막을 사용하는 데서 야기되는 제반 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 이 기술은 기존의 광소자 제작을 위한 IFVD 방법의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 결정 재성장 없이 도일한 기판상에 국부적으로 상이한 bandgap 영역을 만들 수 있기 때문에 광소자 제작에 적극 이용될 수 있다.

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Effect of Short Circuit Current Enhancement in Solar Cell by Quantum Well Structure and Quantitative Analysis of Elements Using Secondary Ion Mass Spectrometry (양자우물구조에 의한 태양전지 단락전류 증가 효과와 이차이온 질량분석법에 의한 원소 정량 분석)

  • Kim, Junghwan
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.30 no.4
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    • pp.499-503
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    • 2019
  • Characteristics of solar cells employing a lattice matched GaInP/GaAs quantum well (QW) structure in a single N-AlGaInP/p-InGaP heterojunction (HJ) were investigated and compared to those of solar cells without QW structure. The epitaxial layers were grown on a p-GaAs substrate with $6^{\circ}$ off the (100) plane toward the <111>A. The heterojunction of solar cell consisted of a 400 nm N-AlGaInP, a 590 nm p-GaInP and 14 periods of a 10 nm GaInP/5 nm GaAs for QW structure and a 800 nm p-GaInP for the HJ structure (control cell). The solar cells were characterized after the anti-reflection coating. The short-circuit current density for $1{\times}1mm^2$ area was $9.61mA/cm^2$ for the solar cell with QW structure while $7.06mA/cm^2$ for HJ control cells. Secondary ion mass spectrometry and external quantum efficiency results suggested that the significant enhancement of $J_{sc}$ and EQE was caused by the suppression of recombination by QW structure.

GaAs 기반의 텐덤형 태양전지 연구

  • Jeon, Min-Hyeon
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.2-2
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    • 2010
  • 텐덤형 태양전지는 다양한 에너지 대역을 동시에 흡수할 수 있도록 제작할 수 있어 단일접합 태양전지에 비해 높은 에너지변환효율을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 GaAs를 기반으로 양자점 혹은 양자우물 구조를 이용한 고효율 텐덤형 태양전지를 설계하고, 완충층 및 활성층의 특성을 분석하였다. 분자선 단결정 성장 장비를 이용하여 GaAs 기판 위에 메타모픽 (metamorphic)성장법을 이용하여 convex, linear, concave 형태로 조성을 변화시켜 $In_xAl_1-_xAs$ 경사형 완충층을 성장한 후 그 특성을 비교하였다. 또한, 최적화된 경사형 완충층 위에 1.1 eV와 1.3 eV의 에너지 대역을 각각 흡수할 수 있는 적층 (5, 10, 15 층)된 InAs 양자점 구조 또는 InGaAs 양자우물구조를 삽입하여 p-n 접합을 성장하였다. 그리고 GaAs/AlGaAs층을 이용한 터널접합에서는 GaAs층의 두께 (20, 30, 50 nm)에 따른 터널링 효과를 평가하였다. 그 결과, 경사형 완충층을 통해 조성 변화로 인한 결함을 최소화하여 다양하게 조성 변화가 가능한 고품위의 구조를 선택적으로 성장할 수 있었으며, 적층의 양자점 구조 및 양자우물 구조를 이용해 고효율 텐덤형 태양전지의 구현 가능성을 확인하였다.

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Phenomenological Study on Crystal Phase Separation in InGaN/GaN Multiple Quantum Well Structures (InGaN/GaN 다중 양자우물 구조에서의 결정상 분리 현상 연구)

  • Lee, S.J.;Kim, J.O.;Kim, C.S.;Noh, S.K.;Lim, K.Y.
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.16 no.1
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    • pp.27-32
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    • 2007
  • We have investigated photoluminescence(PL) spectra of four $In_xGa_{1-x}N(x=0.15)/GaN$ multiple quantum well(MQW) structures with different well widths in order to study a phenomenon on crystal phase separation. The asymmetic behavior of PL spectra becomes stronger with increase of the well width from 1.5 nm to 6.0 nm, which indicates dual-peak nature. Analyzing the dual-peak fit PL spectra, we have observed that the intensity of low-energy shoulder peak rapidly becomes stronger, compared to that of high-energy peak corresponding to a transition in InGaN QW. It suggests that InGaN QW has two phases with tiny different In compositions, and that In-rich(InN-like) phase forms more and more relatively than stoichiometric InGaN(x=0.15) phase by the InN phase separation mechanism as the QW width increases. PL spectrum of 6.0-nm sample shows an additional peak at low-energy lesion(${\sim}2.0\;eV$) whose energy position is almost the same as a defect band of yellow luminescence frequently observed in GaN epilayers. It may be due to a defect resulted from In deficiency formed with development of the phase separation.

유전체덮개 양자우물 무질서공정에서 $SiN_{x}$ 덮개층 성장시 $NH_3$ 유량비 조절을 통한 InGaAs/InGaAsP 양자우물의 밴드갭 조절

  • Choi, Won-Jun;Lee, Hee-Taek;Woo, Duk-Ha;Lee, Seok;Kim, Sun-Ho;Cho, Jae-Won
    • Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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    • pp.256-257
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    • 2000
  • 유전체 덮개층을 이용한 impurity free vacancy disordering (IFVD) 기술에 의한 양자우물구조의 밴드갭 조절기술은 양자우물을 갖는 광소자의 제작 및 광소자들의 한판 집적에 광범위하게 적용되어 왔다$^{(1-3)}$ . IFVD 기술의 핵심은 유전체 덮개층의 종류 및 그 특성을 적절히 조절함으로써 양자우물의 밴드갭 및 굴절율을 양자우물 기판상에서 공간적으로 조절하는 기술에 있다. 이러한 목적을 위해 SiN$_{x}$ , SiO$_2$, SrF$_2$ 및 WN$_{x}$ 와 같은 많은 유전체 덮개층에 관한 실험들이 진행되었다 $^{(1-6)}$ . (중략)

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Design and Growth of InAs Multi-Quantum Dots and InGaAs Multi-Quantum Wells for Tandem Solar Cell (텐덤형 태양전지를 위한 InAs 다중 양자점과 InGaAs 다중 양자우물에 관한 연구)

  • Cho, Joong-Seok;Kim, Sang-Hyo;HwangBoe, Sue-Jeong;Janng, Jae-Ho;Choi, Hyon-Kwang;Jeon, Min-Hyon
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.18 no.5
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    • pp.352-357
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    • 2009
  • The InAs multi-quantum dots (MQDs) solar cell and InGaAs multi-quantum wells (MQWs) solar cell to cover 1.1 eV and 1.3 eV were designed by 1D poisson, respectively. The MQDs and MQWs of 5, 10, 15 layers were grown by molecular beam epitaxy. The photo luminescence results showed that the 5 period stacked MQDs have the highest intensity at around 1.1 eV with 57.6 meV full width at half maximum (FWHM). Also we can observe 10 period stacked MQWs peak position which has highest intensity at 1.31 eV with 12.37 meV FWHM. The density and size of QDs were observed by reflection high energy electron diffraction pattern and atomic force microscope. Futhermore, AlGaAs/GaAs sandwiched tunnel junctions were modified according to the width of GaAs layer on p-type GaAs substrates. The structures with GaAs width of 30 nm and 50 nm have backward diode characteristics. In contrast, tunnel diode characteristics were observed in the 20 nm of that of sample.

GaAs로 덮인 InAs/InGaAs 양자고리의 비정상 응력 분포 및 이방 응력에 의한 light-hole 분율 증가

  • Mun, Pil-Gyeong;Park, Gwang-Min;Yun, Ui-Jun;Choe, Won-Jun;Leburton, Jean-Pierre
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.89-90
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    • 2010
  • 최근 우리는 InGaAs 위에 성장한 InAs 양자점에 GaAs를 얇게 덮음으로써 양자고리를 성장하고, 그 광학적 특성을 분석하였다. [1] 이번 연구에서는 이 양자고리 구조의 전자 구조 및 광학적 특성을 전산모사를 통해 계산하였고, GaAs가 구조의 응력, 압전 포텐셜 및 light-hole 분율에 미치는 영향을 분석하였다. 이론적인 분석을 위해, valence force field 방법을 이용하여 이종 물질간의 격자상수 차이에 의한 격자 변형 및 압전 포텐셜의 변화를 계산하였고, 양자고리 내 전자의 양자화 에너지 및 파동함수를 k p 방법을 통해 얻을 수 있었다. 또한 광학적인 특성 등의 다체 효과를 예측하기 위해 configuration interaction 방법을 사용하였다. 이 연구에서 우리는, GaAs가 InAs에 강한 압축 응력을 가할 것이라는 일반적인 예측과 달리, InGaAs 매트릭스 안에서는 격자상수가 작은 GaAs가 InAs 양자고리에 효과적인 압축 응력을 가할 수 없음을 보였다. 특히 GaAs 층의 두께가 얇을 경우, InGaAs 매트릭스에 의해 인장 응력을 받는 GaAs가 InAs의 응력을 해소하기 충분한 공간을 제공하여, 오히려 InAs의 압축 응력을 약화시키는 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 응력 분포가 단순한 양자우물 등의 2차원 구조와 달리, 응력 분포가 복잡한 3차원 나노 구조에서는 단순히 격자상수만으로 파장 변화 경향을 예측할 수 없음을 나타낸다. 또한 우리는, GaAs의 큰 negative 이방 응력과 InAs의 작은 positive 이방 응력에 의해 전자와 heavy-hole은 InAs에, light-hole은 GaAs에 구속됨을 보였다. 즉, InAs보다 밴드갭이 큰 GaAs가 전자와 heavy-hole에 대해서는 강한 포텐셜 배리어로 작용하지만 light-hole에 대해서는 포텐셜 우물로 작용하는, 반 우물-반 배리어 특성을 가짐을 알 수 있었다. 이로 인해 GaAs가 있는 양자고리의 light-hole 분율이 GaAs가 없을 경우에 비해 2배에서 8배가량 증가함을 보일 수 있었다. 비슷한 특성이 hole에 대해서는 InP나 InGaAsP 위에 성장한 GaAs 층에서 보고된 바가 있으나, 전자는 InAs로, hole은 GaAs로 분리할 수 있는 3차원 나노 구조에 대한 연구는 이 연구가 처음이다. [2]

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Study of Optical Properties of InxGa1-xN/GaN Multi-Quantum-Well (InxGa1-xN/GaN 다중양자우물 구조의 광학적 성질 연구)

  • Kim, Ki-Hong;Kim, In-Su;Park, Hun-Bo;Bae, In-Ho;Yu, jae-In;Jang, Yoon-Seok
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.18 no.1
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    • pp.37-43
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    • 2009
  • Temperature and injection current dependence of electroluminescence(EL) spectral intensity of the $In_xGa_{1-x}N$/GaN multi-quantum wells(MQW) have been studied over a wide temperature range and as a function of injection current level. It is found that a temperature-dependent variation pattern of the EL efficiency under very low and high injection currents shows a drastic difference. This unique EL efficiency variation pattern with temperature and current can be explained field effects due to the driving forward bias in presence of internal(piezo and spontaneous polarization) fields. Increase of the indium content in $In_xGa_{1-x}N$/GaN multiple quantum wells gives rise to a redshift of 80 meV and 22 meV for green and blue MQW, respectively. It can be explained by carrier localization by potential fluctuation of multiple quantum well and MQW structures also shows a keen difference owing to the different indium content in InGaN/GaN MQW.

Optical Characteristic of InAs Quantum Dots in an InGaAs/GaAs Well Structure (광학적 방법으로 측정된 양자우물 안의 InAs 양자점의 에너지 준위)

  • Nam H.D.;Kwack H.S.;Doynnette L.;Song J.D.;Choi W.J.;Cho W.J.;Lee J.I.;Cho Y.H.;Julien F.H.;Choe J.W.;Yang H.S.
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.15 no.2
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    • pp.209-215
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    • 2006
  • We investigated the optical property and the electronic subband structure of InAs quantum dots in an InAsGa/GaAs well structure utilizing photoluminescence (PL), PL excitation (PLE) and near infrared transmission spectroscopy. From transmission and PLE spectra, we found three bound states in the InAs quantum dot and two bound states in InGaAs/GaAs quantum well, and correlated to the results of intersubband transitions observed in photocurrent spectrum.