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디지털 합금 InGaAlAs 다중 양자 우물의 열처리 온도에 따른 발광 특성
조일욱,변혜령,류미이,송진동,Cho, Il Wook,Byun, Hye Ryoung,Ryu, Mee-Yi,Song, Jin Dong 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.6
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. The effect of rapid thermal annealing (RTA) on the optical properties of digital-alloy InGaAlAs multiple quantum well (MQW) structures have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements as a function of RTA temperature. The MQW samples were annealed from $700^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$ for 30 s in a nitrogen atmosphere. The MQW sample annealed at $750^{\circ}C$ exhibited the strongest PL intensity and the narrowest FWHM (Full width at half maximum), indicating the reduced nonradiative recombination centers and the improved interfaces between the wells and barriers. The MQW samples annealed at $800^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$ showed the decreased PL intensities and blueshifted PL peaks compared to $750^{\circ}C$-annealed sample. The blueshift of PL peak with increasing RTA temperatures are ascribed to the increase of aluminum due to intermixing of gallium (Ga) and aluminum (Al) in the interfaces of InGaAs/InAlAs short-period superlattices. The decrease of PL intensity after annealing at $800^{\circ}C$ and $850^{\circ}C$ are attributed to the interface roughening and lateral composition modulation caused by the interdiffusion of Ga and Al and indium segregation, respectively. With increasing RTA temperature the PL decay becomes slower, indicating the decrease of nonradiative defect centers. The optical properties of digital-alloy InGaAlAs MQW structures can be improved significantly with optimum RTA conditions.
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