자발형성법으로 InP (001) 기판에 성장한 InAs/InAlGaAs 양자점(QDs, quantum dots)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs 양자점 시료는 single layer InAs/InAlGaAs QDs (QD1)과 7-stacked InAs/InAlGaAs QDs (QD2)를 사용하였다. 저온(10 K)에서 QD1과 QD2 모두 1,320 nm에서 PL 피크가 나타났으며, 온도를 300 K까지 증가하였을 때 각각 178 nm와 264 nm의 적색편이(red-shift)를 보였다. QD1의 PL 소멸시간은 PL 피크인 1,320 nm에서 1.49 ns이고, PL 피크를 중심으로 장파장과 단파장으로 이동하면서 점차 짧아졌다. 그러나 QD2의 PL 소멸시간은 발광파장이 1,130 nm에서 1,600 nm까지 증가할 때 1.83 ns에서 1.22 ns로 점진적으로 짧아졌다. 이러한 QD2의 PL과 TRPL 결과는 평균 양자점의 크기가 InAs/InAlGaAs 층이 증가함에 따라 점차 증가하기 때문으로 single layer인 QD1에 비해 양자점 크기의 변화가 더 크기 때문으로 설명된다.
자발형성법으로 InP (001) 기판에 성장한 InAs/InAlGaAs 양자점(QDs, quantum dots)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 TRPL (time-resolved PL)을 이용하여 분석하였다. InAs 양자점 시료는 single layer InAs/InAlGaAs QDs (QD1)과 7-stacked InAs/InAlGaAs QDs (QD2)를 사용하였다. 저온(10 K)에서 QD1과 QD2 모두 1,320 nm에서 PL 피크가 나타났으며, 온도를 300 K까지 증가하였을 때 각각 178 nm와 264 nm의 적색편이(red-shift)를 보였다. QD1의 PL 소멸시간은 PL 피크인 1,320 nm에서 1.49 ns이고, PL 피크를 중심으로 장파장과 단파장으로 이동하면서 점차 짧아졌다. 그러나 QD2의 PL 소멸시간은 발광파장이 1,130 nm에서 1,600 nm까지 증가할 때 1.83 ns에서 1.22 ns로 점진적으로 짧아졌다. 이러한 QD2의 PL과 TRPL 결과는 평균 양자점의 크기가 InAs/InAlGaAs 층이 증가함에 따라 점차 증가하기 때문으로 single layer인 QD1에 비해 양자점 크기의 변화가 더 크기 때문으로 설명된다.
Self-assembled InAs/InAlGaAs quantum dots (QDs) grown on an InP (001) substrate have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The single layer (QD1) and seven stacks (QD2) of InAs/InAlGaAs QDs grown by the conventional S-K growth mode were used. The PL pea...
Self-assembled InAs/InAlGaAs quantum dots (QDs) grown on an InP (001) substrate have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The single layer (QD1) and seven stacks (QD2) of InAs/InAlGaAs QDs grown by the conventional S-K growth mode were used. The PL peak at 10 K was 1,320 nm for both QD1 and QD2. As the temperature increases from 10 to 300 K, the PL peaks for QD1 and QD2 were red-shifted in the amount of 178 and 264 nm, respectively. For QD1, the PL decay increased with increasing emission wavelength from 1,216 to 1,320 nm, reaching a maximum decay time of 1.49 ns at 1,320 nm, and then decreased as the emission wavelength was increased further. However, the PL decay time for QD2 decreased continuously from 1.83 to 1.22 ns as the emission wavelength was increased from 1,130 to 1,600 nm, respectively. These PL and TRPL results for QD2 can be explained by the large variation in the QD size with stacking number caused by the phase separation of InAlGaAs.
Self-assembled InAs/InAlGaAs quantum dots (QDs) grown on an InP (001) substrate have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The single layer (QD1) and seven stacks (QD2) of InAs/InAlGaAs QDs grown by the conventional S-K growth mode were used. The PL peak at 10 K was 1,320 nm for both QD1 and QD2. As the temperature increases from 10 to 300 K, the PL peaks for QD1 and QD2 were red-shifted in the amount of 178 and 264 nm, respectively. For QD1, the PL decay increased with increasing emission wavelength from 1,216 to 1,320 nm, reaching a maximum decay time of 1.49 ns at 1,320 nm, and then decreased as the emission wavelength was increased further. However, the PL decay time for QD2 decreased continuously from 1.83 to 1.22 ns as the emission wavelength was increased from 1,130 to 1,600 nm, respectively. These PL and TRPL results for QD2 can be explained by the large variation in the QD size with stacking number caused by the phase separation of InAlGaAs.
이러한 자발형성 양자점의 광학적 특성을 향상하기 위해 양자점의 모양, 크기, 균일도, 공간적 밀도 등을 제어하는 다양한 연구결과가 발표되고 있다 [9-12]. 본 연구에서는 InP (001) 기판에 자발형성법으로 성장한 single layer InAs QDs 시료와 7-stacked InAs QDs 시료의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 TRPL (time-resolved PL) 측정을 이용하여 분석하였다.
InAs 양자점의 발광 특성을 조사하기 위하여 온도에 따른 PL과 TRPL 측정을 하였다. 시료의 온도는 헬륨 폐쇄회로 저온 유지 장치(closed-cycle cryostat)를 이용하여 10 K에서 300 K까지 변화시켰다. PL과 TRPL의 여기광원으로 각각 cw 다이오드 레이저(λ=532 nm)와 피코초 펄스 다이오드 레이저(λ=634 nm, pulse width=50 ps)를 사용하였으며, NIR-PMT (Hamamatsu R5509-73) 검출기로 PL 신호를 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 InAs 양자점 시료들은 V80 MBE(molecular beam epitaxy) 장비를 이용하여 InP (001) 기판 위에 성장하였다. InAs QDs 성장하기 전에 510℃에서 InAlGaAs 버퍼층(29.
성능/효과
QD1에 비해 QD2의 아주 넓은 PL 선폭과 큰 적색편이 현상은 InAs 양자점 크기의 변화가 InAs/InAlGaAs 층이 증가함에 따라 양자점의 크기가 점차 증가하여 QD1에 비해 훨씬 크기 때문이다. QD1의 발광파장에 따른 PL 소멸은 파장이 증가함에 따라 점차 느려지다가 PL 피크 근처에서 가장 느린 소멸을 보이고, 파장이 더 증가하였을 때 PL은 점차 빠르게 소멸하였다. 그러나 QD2의 PL은 파장이 증가함에 따라 점차 빠르게 소멸하였다.
MBE를 이용하여 InP (001) 기판에 성장한 InAs/InAlGaAs 양자점의 발광특성을 PL과 TRPL 측정을 이용하여 분석하였다. Single layer InAs/InAlGaAs QDs (QD1)과 7-stacked InAs/InAlGaAs QDs (QD2)의 저온(10 K)에서 PL 피크는 1,320 nm에서 나타났으며, PL 세기는 QD1이 QD2에 비해 3배 강하게 나타났다. QD2의 PL 선폭은 1,127 nm에서 1,630 nm에 걸쳐 매우 넓게 나타났다.
Fig, 3(b)에서 보여주듯이 QD2 시료는 온도가 증가함에 따라 단파장 영역의 PL 세기가 빠르게 감소하여 장파장 영역의 PL 세기가 우세하게 나타난다. 온도를 10 K에서 300 K까지 증가하였을 때 264 nm (157 meV) 적색편이를 보였으며 PL 피크의 폭은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 이것은 검출기의 측정 한계로 1,600 nm 이상에서는 PL 신호를 측정하기 못하기 때문이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
0차원 구조인 InAs 양자점에 대한 연구는 무엇을 개선하기 위해 진해되는가?
0차원 구조인 InAs 양자점에 대한 연구는 발광 다이오드 (light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode, LD), 적외선 검출기, 태양전지 등의 다양한 광전소자의 특성을 개선하기 위하여 활발히 진행되고 있다 [1-5]. 최근에는 자발형성 양자점을 LD의 활성층(active layer)으로 사용하여 높은 열적 안정성(high-temperature stability), 낮은 문턱 전류(low threshold current), 높은 차동 이득 (high-differential gain)을 성취한 결과가 발표되고 있다[1-3].
광전소자 응용을 위해 연구하는 것은?
최근에는 자발형성 양자점을 LD의 활성층(active layer)으로 사용하여 높은 열적 안정성(high-temperature stability), 낮은 문턱 전류(low threshold current), 높은 차동 이득 (high-differential gain)을 성취한 결과가 발표되고 있다[1-3]. 광전소자 응용을 위해 S-K (Stranski-Krastranov) 성장모드를 이용한 자발형성 양자점에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다 [6-13]. S-K 성장방법은 기판보다큰 격자 상수를 가지는 물질을 증착시켜 물질이 성장하면서 응력에너지를 완화시키기 위해 자발적으로 양자점이 형성 되는 것을 이용한다.
MBE를 이용하여 분석한 결과는 어떻게 되는가?
MBE를 이용하여 InP (001) 기판에 성장한 InAs/InAlGaAs 양자점의 발광특성을 PL과 TRPL 측정을 이용하여 분석하였다. Single layer InAs/InAlGaAs QDs (QD1)과 7-stacked InAs/InAlGaAs QDs (QD2)의 저온(10 K)에서 PL 피크는 1,320 nm에서 나타났으며, PL 세기는 QD1이 QD2에 비해 3배 강하게 나타났다. QD2의 PL 선폭은 1,127 nm에서 1,630 nm에 걸쳐 매우 넓게 나타났다. 또한 양자점의 온도를 10 K에서 300 K까지 변화시켰을 때 QD1은 178 nm 적색 편이 하였으며, QD2는 264 nm 적색편이 하였다. QD1에 비해 QD2의 아주 넓은 PL 선폭과 큰 적색편이 현상은 InAs 양자점 크기의 변화가 InAs/InAlGaAs 층이 증가함에 따라 양자점의 크기가 점차 증가하여 QD1에 비해 훨씬 크기 때문이다. QD1의 발광파장에 따른 PL 소멸은 파장이 증가함에 따라 점차 느려지다가 PL 피크 근처에서 가장 느린 소멸을 보이고, 파장이 더 증가하였을 때 PL은 점차 빠르게 소멸하였다. 그러나 QD2의 PL은 파장이 증가함에 따라 점차 빠르게 소멸하였다. 이것은 상대적으로 큰 양자점 사이의 파동 함수의 중첩이 증가하여 캐리어가 쉽게 이동하기 때문이다.
참고문헌 (14)
Y. Qiu, D. Uhl, R. Chacon, and R. Q. Yang, Appl. Phys. Lett. 83, 1704 (2003).
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