GaAs/AlGaAs Quantum Cascade Laser에서 Deep Mesa 구조에 의한 문턱전류 감소

한일기,송진동,이정일,Han, Il-Ki,Song, Jin-Dong,Lee, Jung-Il 한국진공학회 2008 Applied Science and Convergence Technology Vol.17 No.6

GaAs/AlGaAs based quantum cascade lasers were fabricated with two different types of i) the shallow mesa type which was etched up to above active region and ii) the deep mesa type which was etched through active region. While the threshold current density of shallow mesa type was $26-32\;kA/cm^2$, the one of deep mesa type was reduced drastically up to $13\;kA/cm^2$. Such lowered threshold current density at deep mesa type attributed to the reduction of current loss to the lateral directions. GaAs/AlGaAs 물질계를 기반으로 한 양자폭포레이저를 제작하였다. 양자폭포레이저는 활성층의 위까지만 식각된 shallow mesa 구조와 활성층까지 식각된 deep mesa 구조로 제작되었다. shallow mesa 구조의 경우 문턱전류 밀도가 $26-32\;kA/cm^2$이었지만 deep mesa 구조의 경우 문턱전류 밀도는 $13\;kA/cm^2$로 대단히 감소되었다. Deep mesa 구조에서의 문턱전류 감소는 측면 방향으로의 전류 손실이 감소되었기 때문으로 설명되었다.

양자광원 기술 연구 동향

박석인,송진동,Park, Seok-In,Song, Jin-Dong 한국전기전자재료학회 2020 전기전자재료 Vol.33 No.4

AlAs_xSb_1-x 단계 성분 변화 완충층을 이용한 Si (100) 기판 상 Al_0.3Ga_0.7As/GaAs 다중 양자 우물 형성

이은혜,송진동,연규혁,배민환,오현지,한일기,최원준,장수경,Lee, Eun Hye,Song, Jin Dong,Yoen, Kyu Hyoek,Bae, Min Hwan,Oh, Hyun Ji,Han, Il Ki,Choi, Won Jun,Chang, Soo Kyung 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.6

실리콘(Silicon, Si) 기판과 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs 다중 양자 우물(multiple quantum wells, MQWs) 간의 격자 부정합 해소를 위해 $AlAs_xSb_{1-x}$ 층이 단계 성분 변화 완충층(step-graded buffer, SGB)으로 이용되었다. $AlAs_xSb_{1-x}$ 층 상에 형성된 GaAs 층의 RMS 표면 거칠기(root-mean-square surface roughness)는 $10{\times}10{\mu}m$ 원자 힘 현미경(atomic force microscope, AFM) 이미지 상에서 약 1.7 nm로 측정되었다. $AlAs_xSb_{1-x}$/Si 기판 상에 AlAs/GaAs 단주기 초격자(short period superlattice, SPS)를 이용한 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQWs이 형성되었다. $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW 구조는 약 10 켈빈(Kalvin, K)에서 813 nm 부근의 매우 약한 포토루미네선스(photoluminescence, PL) 피크를 보였고, $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW 구조의 RMS 표면 거칠기는 약 42.9 nm로 측정되었다. 전자 투과 현미경(transmission electron microscope, TEM) 단면 이미지 상에서 AlAs/GaAs SPS 로부터 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQWs까지 격자 결함들(defects)이 관찰되었고, 이는 격자 결함들이 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW 구조의 표면 거칠기와 광 특성에 영향을 주었음을 보여준다. The $AlAs_xSb_{1-x}$ step-graded buffer (SGB) layer was grown on the Silicon (Si) substrate to overcome lattice mismatch between Si substrate and $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs multiple quantum wells (MQWs). The value of root-mean-square (RMS) surface roughness for 5 nm-thick GaAs grown on $AlAs_xSb_{1-x}$ step-graded buffer layer was ~1.7 nm. $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQWs with AlAs/GaAs short period superlattice (SPS) were formed on the $AlAs_xSb_{1-x}$/Si substrate. Photoluminescence (PL) peak at 10 K for the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure showed relatively low intensity at ~813 nm. The RMS surface roughness of the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure was ~42.9 nm. The crystal defects were observed on the cross-sectional transmission electron microscope (TEM) images of the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure. The decrease of PL intensity and increase of RMS surface roughness would be due to the formation of the crystal defects.

InAs/GaAs 양자점의 발광특성에 대한 InGaAs 캡층의 영향

권세라,류미이,송진동,Kwon, Se Ra,Ryu, Mee-Yi,Song, Jin Dong 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.6

Migration-enhanced molecular beam epitaxy법을 이용하여 GaAs 기판에 성장한 InAs 양자점(quantum dots: QDs)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 time-resolved PL을 이용하여 분석하였다. 시료 온도, 여기 광의 세기, 발광 파장에 따른 InAs/GaAs QDs (QD1)과 $In_{0.15}Ga_{0.85}As$ 캡층을 성장한 InAs/GaAs QDs (QD2)의 발광특성을 연구하였다. QD2의 PL 피크는 QD1의 PL 피크보다 장파장에서 나타났으며, 이것은 InGaAs 캡층의 In이 InAs 양자점으로 확산되어 양자점의 크기가 증가한 것으로 설명된다. 10 K에서 측정한 QD1과 QD2의 PL 피크인 1,117 nm와 1,197 nm에서 PL 소멸시간은 각각 1.12 ns와 1.00 ns이고, 발광파장에 따른 PL 소멸시간은 PL 피크 근처에서 거의 일정하게 나타났다. QD2의 PL 소멸시간이 QD1보다 짧은 것은 QD2의 양자점이 커서 파동함수 중첩이 향상되어 캐리어 재결합이 증가한 때문으로 설명된다. 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.

집광에 의한 GaAs/AlGaAs태양전지의 출력 증대 연구

이동호(Lee, Dong-Ho),김영환(Kim, Young-Hwan),송진동(Song, Jin-Dong),김성일(Kim, Seong-Il) 한국신재생에너지학회 2009 신재생에너지 Vol.5 No.3

Using MBE growth method, GaAs/AlGaAs solar cell structure was grown. Deposited electrodes are Au/Ni/Ge for n-type and Au/Pt/Ti for p-type electrodes were deposited by E-beam evaporator. Indoor light concentrators were devised and fabricated in order to concentrate artificial solar rays. Also mirror and prism and Fresnel lens concentration system with solar simulator were devised and fabricated. Results of solar cell characteristics were measured with shutting system which can control the amount of light. Maximum power density was 2.13 W/cm² and maximum concentration was 124 sun, when mirror with Fresnel lens was used at 7854;mm² of shutter hole.

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.

SiCl₄와 Cl₂ 가스에 의한 InP, InGaAs 및 InAlAs의 반응성 이온 식각

유재수(Jae Su Yu),송진동(Jin Dong Song),배성주(Seong Ju Bae),정지훈(Ji Hoon Jeong),이용탁(Yong Tak Lee) 대한전자공학회 2001 대한전자공학회 학술대회 Vol.2001 No.6

Fabrication of 1.55㎛ In/GaAs/InGaAlAs SCH MQW laser diodes using InGaAlAs digital alloy by MBE growth

Jae Su Yu(유재수),Jin Dong Song(송진동),Seong Ju Bae(배성주),Jong Min Kim(김종민),Hye Young Lee(이혜영),Yong Tak Lee(이용탁) 한국통신학회 2001 한국통신학회 기타 간행물 Vol.2001 No.10

MEE법으로 성장한 InAs/GaAs 양자점의 발광특성

오재원,변혜령,류미이,송진동,Oh, Jae Won,Byun, Hye Ryoung,Ryu, Mee-Yi,Song, Jin Dong 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.2

Migration-enhanced epitaxy 성장한 InAs/GaAs 양자점(quantum dots)의 광학적 특성을 PL (photoluminescence)과 Time-resolved PL 이용하여 분석하였다. InAs 양자점은 In을 9.3초 공급하고 5초 차단한 후 As을 3초, 4초, 6초, 또는 9초 공급하고 5초 차단하는 과정을 3회 반복하여 성장하였다. As을 3초 공급한 시료의 PL 피크는 1,140 nm에서 나타나고, PL 세기는 다른 세 시료에 비해 매우 약하게 나타났다. As 공급시간을 3초에서 증가하였을 때 모든 PL 피크는 1,118 nm로 청색이동하여 나타났으며, PL 세기는 증가하였다. As을 6초 공급한 시료의 PL 세기가 가장 강하게 나타나고, 반치폭(full width at half maximum)도 가장 좁게 나타났다. 이러한 결과는 양자점의 밀도와 균일도(크기변화)로 설명된다. 또한 발광파장에 따른 PL 소멸시간은 PL 피크 근처에서 가장 길게 나타났다. The luminescence properties of InAs/GaAs quantum dots (QDs) grown by a migration enhanced epitaxy method have been investigated by using photoluminescence (PL) and time-resolved PL measurements. The MEE method supplies materials in a series of alternate depositions with migration enhancing time between each deposition. After In source was supplied for 9.3 s, the growth was interrupted for 5 s. Subsequently, As source was open for 3 (AT3), 4(AT4), 6 (AT6), or 9 s (AT9), and the growth was interrupted for 5 s again. This growth sequence was repeated 3 times for the growth of InAs QDs. The PL peak of the AT3 was 1,140 nm and the PL intensity was very weak compared with that of the other three samples. The PL peak of all samples except the AT3 sample was 1,118 nm, which is blueshifted from 1,140 nm, and the PL intensity was increased compared to that of the AT3. These results can be explained by the increased QD density and the improved QD uniformity. The AT6 sample showed the strongest PL intensity and the narrowest full width at half maximum. The PL decay time of AT6 increased with increasing emission wavelength from 940 to 1,126 nm, reaching a maximum decay time of 1.09 ns at 1,126 nm, and then decreased as the emission wavelength was increased further.

InGaAs 양자점 레이저 다이오드와 양자우물 레이저 다이오드의 특성 비교

정경욱,김광웅,유성필,조남기,박성준,송진동,최원준,이정일,양해석,Jung, Kyung-Wuk,Kim, Kwang-Woong,Ryu, Sung-Pil,Cho, Nam-Ki,Park, Sung-Jun,Song, Jin-Dong,Choi, Won-Jun,Lee, Jung-Il,Yang, Hae-Suk 한국진공학회 2007 Applied Science and Convergence Technology Vol.16 No.5

분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE)로 성장된 InGaAs 양자점 레이저 다이오드(quantum dot laser diode, QD-LD)와 InGaAs 양자우물 레이저 다이오드(quantum well laser diode, QW-LD)의 특성을 비교하였다. 펄스 입력전류 하에서 문턱전류밀도(threshold current density, $J_{th}$), 특성온도(characteristic temperature, $T_0$), 온도에 따른 발진파장의 변화도($d{\lambda}/dT$)를 측정한 결과, 양자우물 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;322\;A/cm^2,\;T_0\;=\;55.2\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.41\;nm/^{\circ}C$로 측정되었으며, 양자점 레이저 다이오드는 $J_{th}\;=\;116\;A/cm^2,\;T_0\;=\;81.8\;K,\;d{\lambda}/dT\;=\;0.33\;nm/^{\circ}C$로 측정되었다. 양자점 레이저 다이오드는 양자우물 레이저 다이오드와 비교하였을 때, 문턱전류밀도 및 발진 광 파워가 상대적으로 우수한 결과를 보여주었다. We have investigated the lasing characteristics of the InGaAs quantum dot laser diode (QD-LD) and InGaAs quantum well laser diode (QW-LD) operated at the 980 nm wavelength range. The 980-nm lasers are used as a pumping source for a erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and it shows high efficiency in long-haul optical fiber network. We have compared the threshold current density, the characteristic temperature, the optical power and the internal efficiency of QD-LD and QW-LD under a pulsed current condition. The QD-LD shows superior performances to the QW-LD. Further optimization of a LD structure is expected to the superior performances of a QD-LD.