• Journal of the Korea Society of Computer and Information
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• v.27 no.8
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• pp.211-218
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• 2022

In this paper, a computer simulation program was developed to interpret the results measured by photoreflectance spectroscopy. The developed program is implemented so that the user can easily change the factors required for optical modulation characteristic interpretation, and the result of the value can be checked simultaneously with the actual measurement result. The results obtained by photoreflectance spectroscopy are obtained by mixing a third derivative function form (TDFF) modulated around a bandgap with a Franz-Keldysh oscillation (FKO) signal due to an electric field at a surface and an interface higher than the bandgap. Through the computer simulation program, the optical characteristics that appear in the GaSb Epi layer formed as a single layer were analyzed, and very useful results were obtained by specializing in optical modulation analysis. In addition, a Fast Fourier Transform (FFT) analysis tool was added to facilitate frequency characteristics analysis of FKO.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.441-441
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• 2012

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 Photoreflectance (PR) spectra에서 표면 및 계면의 전기장(electric field) 특성을 반영한다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell, QDSC) 구조에서 InAs 양자점 층 전후에 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽(potential barrier) 두께에 따른 PR spectra 및 GaAs-matrix에서 FKO 주파수 특성을 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지는 p-i-n 구조의 i-GaAs에 2.0 monolayer (ML), 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하여 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 각 양자점 층 전후에 두께가 각각 0.0, 1.6, 2.8, 6.0 nm인 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 두께에 따른 FKO 주파수 변화를 관측하였다. 또한 태양전지 구조의 전기장 분포를 좀 더 용이하게 관측하기 위해 여기 광의 세기(power intensity)를 충분히 낮추어 Photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 최소화하여 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지 구조에서 AlGaAs 장벽층이 없는 경우, PR spectra의 Fast Fourier Transform 결과에 반영되는 FKO 주파수 특성은 p-i-n 구조 계면에서 공핍층(depletion region)의 space charge field보다 양자점 층의 내부 전기장에 의한 FKO 주파수가 더 큰 진폭(amplitude)을 보였다. 반면에, AlGaAs 장벽층이 삽입되면 두께가 커짐에 따라 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 의해 더 큰 진폭의 FKO 주파수가 관측되었다. 이는 AlGaAs 장벽층이 삽입됨으로써 양자점 층 내 양자 상태 수 및 여기광에 의한 캐리어의 수와 관련이 있음을 확인하였으며, 결과적으로 GaAs-matrix에서 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 이러한 PR 특성 결과들을 InAs/GaAs 양자점 태양전지의 설계 및 제조에 반영함으로써 양자효율 증대에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.429-429
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• 2012

본 연구에서는 분자선 박막 성장법(MBE)으로 성장된 GaAs single junction solar cell의 광학적 특성 변화를 photoreflectance (PR)을 이용하여 연구하였다. 본 연구에 사용된 태양전지 구조는 n+-GaAs (100)기판 위에 n+-GaAs buffer를 200 nm 성장 후 그 위에 i-GaAs 250 nm와 p+-GaAs 200 nm 성장 하였다. 상온에서 PR 측정 결과, 변조빔 세기가 증가할수록 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주파수가 증가하는 현상이 관측되었다. 이는 변조빔의 세기가 강해질수록 광케리어수의 증가로 인한 스크리닝 효과에 기인한 것으로 사료된다. 아울러 Fast Fourier transform (FFT) 결과, 변조빔의 세기가 약할 때는 세 개의 주된 피크가 나타났으며, 이러한 현상은 GaAs에서 가전자대의 heavy hole (HH)과 light hole (LH)의 전이로 인해 나타나는 FKO 신호가 중첩되어 HH과 LH 피크가 HH과 HH-,LH과 LH-로 나뉘어진 것으로 사료된다. 여기광의 세기가 $1.40mW/cm^2$ 이상일 때는 주된 세 개 피크 이외에 부가적인 피크가 상대적으로 고 주파수 영역에서 관측되었다. 이러한 고주파수 영역에서의 나타나는 FKO 주파수는 시료의 내부전기장이 여기광의 세기가 증가할수록 감소하는 결과로 사료된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.7 no.4
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• pp.341-347
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• 1998

We analyzed photoreflectance (PR) characterization of the $Al_xGa_{1-x}As$ epilayer grown by molecular beam epitaxy (MBE) method. The band-gap energy $(E_0)$ satisfying low power Franx-Keldysh (LPFK) due to GaAs buffer layer is 1.415 eV, interface electricall field $(E_i)$ is 1.05$\times$$10^4$V/cm, carrier concentration (N) is $1.3{\times}10^{15}\textrm{cm}^{-3}$. In PR spectrum intensity analysis at 300 K the $A^*$ peak below $(E_0)$ signal is low and distorted because of residual impurity in sample growth. The trap characteristic time ${\tau}_i$ of GaAs buffer layer is about 0.086 ms, and two superposed PR signal near 1.42eV consist of the third derivative signal of chemically eteched GaAs substrate and Franz-Keldysh oscillation (FKO) signal due to GaAs buffer layer.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.426-426
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• 2012

본 연구에서는 GaAs p-i-n 접합 구조에 InAs 양자점을 삽입한 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell; QDSC)의 내부 전기장(internal electric field)을 조사하기 위하여 Photoreflectance (PR) 방법을 이용하였다. QDSC 구조는 GaAs p-i-n 구조의 공핍층 내에 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하였으며 각 양자점 층은 40 nm 두께의 i-GaAs로 분리하였다. InAs/GaAs QDSC는 분자선박막 성장장치(molecular beam epitaxy; MBE)를 이용하여 성장하였다. 이 때 양자점의 형성은 InAs 2.0 ML(monolayer)를 기판온도 $470^{\circ}C$에서 증착하였다. QDSC 구조에서 여기광원의 세기에 따른 전기장의 변화를 조사하였다. 아울러 양자점 층 사이의 i-GaAs 층 내에 6.0 nm의 AlGaAs 퍼텐셜 장벽(potential barrier)을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 유무에 따른 전기장 변화를 조사하였다. PR 측정에서 여기광원으로는 633 nm의 He-Ne 레이저를 이용하였으며 여기광의 세기는 $2mW/cm^2$에서 $90mW/cm^2$까지 변화를 주어 여기광세기 의존성실험을 수행하였다. 여기광의 세기가 증가할수록 photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 관측할 수 있었다. PR 결과로부터 p-i-n 구조의 p-i 영역과 i-n 접합 계면의 junction field를 검출하였다. p-i-n의 i-영역에 양자점을 삽입한 경우 PR 신호에서 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 주파수가 p-i-n 구조와 비교하여 변조됨을 관측하였다. 이러한 FKO 주파수성분은 fast Fourier transform (FFT)을 이용하여 검출하였다. FKO의 주파수 성분들은 고전기장하에서 electron-heavyhole (e-hh)과 electron-lighthole (e-lh) 전이에 의해 나타나는 성분으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.306-307
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• 2011

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 공핍층(depletion zone)에서 전기장(electric field)에 의해 발생되며, Photoreflectance (PR) spectroscopy를 통하여 관측된다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cells, QDSCs)에서 PR 신호에 대한 Fast Fourier Transform (FFT)을 통하여 FKO 주파수들을 관측할 수 있고, 각각의 FKO 주파수들은 태양전지 구조에 대응하는 표면 및 내부전기장(internal electric field) 들로 분류할 수 있다. InAs/GaAs 양자점 태양전지에서 AlGaAs potential barrier의 두께에 따른 내부전기장의 변화를 조사하기 위해, GaAs-matrix에 8주기의 InAs 양자점 층이 삽입된 태양전지를 molecular beam epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 양자점의 크기는 2.0 monolayer (ML)이며, 각 양자점 층은 1.6 nm에서 6.0 nm의 AlGaAs potential barrier들로 분리되어 있다. 또한 양자점 층의 위치에 따라 내부전기장 변화를 조사하기 위해, p-i-n 구조에서 양자점 층이 공핍층 내에 위치한 경우와 p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 n-base 영역에 삽입하여 실험결과를 비교분석하였다. PR 실험결과로부터, p-i-n 구조에서 InAs 양자점 태양전지의 내부전기장 변화는 potential barrier 두께에 따라 다소 복잡한 변화를 보였으며, 이는 양자점 층이 공핍층 내에 위치함으로써 격자 불일치(lattice mismatch)로 발생된 응력(strain)의 영향으로 설명할 수 있다. 이러한 결과들을 각각의 태양전지 구조에서 표면 및 내부전기장에 대해 계산된 값들에 근거하여, p+-n-n+ 구조에서 양자점 층이 공핍 층으로부터 멀리 떨어진 영역에 삽입된 경우의 결과와 비교해 보면 내부전기장의 변화는 더욱 분명해진다. 즉, 양자점 층의 potential barrier의 두께를 조절하거나, 양자점 층의 위치를 변화시킴으로써 양자점 태양전지의 내부전기장을 조작할 수 있으며, 이는 PR 실험을 통해 FKO를 관측함으로써 확인할 수 있다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.2
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• pp.136-142
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• 1997

An/n-GaAs(100) Schottky barrier diode has been investigated by using electoreflectance(ER). From the observed Franz-Keldysh oscillatins(FKO), the internal electric field(Ei) of the sample is $5.76\times 10^{4}$V/cm at 300 K. As the modulation voltage($V_{ac}$) IS changed, the line shape of ER signal does not change but its amplitude various linerly. For increasing forward and reverse dc bias boltage($V_{bias}$), the amplitude of ER signal decreases. The internal electric field decreased from $19.3\times 10^4\sim4.39\times10^4$V/cm as $V_{bias}$ INCREASES FROM -5.0 V TO 0.6 V. For Au/n-GaAs the valve of built-in voltage($V_{bi}$) determined from the plot of $V_{bias}$ versus $E_i^2$ is 0.70 V. This value agrees with that observed in the plot of $V_{bias}$ versus amplitude of FKO peak. In addition, the carrier concentraion(N) and potential barrier($\Phi$) of the sample at 300 K are found to be about $2.4\times 10^{16}\textrm{cm}^{-3}$ and 0.78 eV, respectively.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.4 no.6
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• pp.723-729
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• 1994

We have investigated on the photoreflectance(PR) of heavily Si-doped n-GaAs. The PR response was found to be dependent of modulation beam intensity, modulation frequency, and temperature. From the observed Franz-Keldysh oscillation(FKO), we determined the band gap energy and surface electric field. As the temperature is decreased from room temperature to 77K, the band gap energy increases while the surface electric field decreases. The quality of crystal was greatly increased after thermal annealing for 5 min at $500^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.3
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• pp.263-266
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• 1997

We studied an interfacial characteristics of $In_{0.1}Ga_{0.9}As$/ GaAs by photoreflectance (PR) measurement at room temperature. With increasing thickness of epitaxial layer, Franz-Keldysh oscillation (FKO) periods of PR signals were decreased, and interfacial electric field was decreased. This can be explained by the increases of defects due to lattice mismatch near the heterointerface between InGaAs and GaAs. For the thickness of epitaxial layer thinner than the 300$\AA$, InGaAs epitazial layer closed to critical thickness and increased strain, and then the bandgap energy shifted high greatly.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.107-107
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• 2012

본 연구에서는 GaAs p-i-n 태양전지구조에 InAs 양자점을 삽입하여 계면의 전기장 변화를 Photoreflectance (PR) 방법으로 연구하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지구조는 n-GaAs 기판위에 p-i-n 구조의 태양전지를 분자선박막성장 장치를 이용하여 제작하였다. GaAs p-i-n 태양전지와 p-QD(i)-n 양자점 태양전지를 제작하여 계면전기장의 변화를 PR 신호에 나타난 Franz-Keldysh oscillation (FKO)으로부터 측정하였다. 기본적인 p-i-n 구조에서 두 가지 전기장성분을 검출 하였고 양자점 태양전지구조에서는 39 kV/cm 이상의 내부전기장이 존재함을 관측하였다. 이러한 내부전기장은 양자점 주변에 형성된 국소전기장의 효과로 추측하였다. 아울러 양자점을 AlGaAs 양자우물 구조에 삽입하여 케리어의 구속에 의한 FKO의 변화를 관측하였으며 양자점 태양전지의 구조적 변화에 따른 효율을 측정하여 비교 분석하였다.