KR100701127B1 - 교번 성장법에 의한 양자점 형성 방법 - Google Patents

교번 성장법에 의한 양자점 형성 방법 Download PDF

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Abstract

양자점 형성 방법을 제공한다. 본 발명은 InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 완충층 상에, 서로 격자부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 물질층 또는 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al,P)As 양자점을 형성한다. 이렇게 본 발명은 격자 부정합에 의한 자발 형성 방법과 교번 증착에 의한 교번 성장법을 동시에 이용하여 균일도가 우수한 양질의 양자점을 형성할 수 있다.

Description

교번 성장법에 의한 양자점 형성 방법{Method for forming quantum dots by alternate growth process}
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양자점의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 양자점 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양자점의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 의한 양자점 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 종래의 자발 형성 방법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 단면 TEM 사진이다.
도 12는 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 시료의 단면 TEM 사진이다.
도 13은 종래의 자발 현상 방법을 이용한 양자점 형성 방법 및 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 상온 발광 특성을 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 여기 세기에 따른 상온 발광 특성을 파장에 따라 도시한 그래프이다.
본 발명은 양자점 형성 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 레이저 다이오드나 광검출기와 같은 광소자의 활성층으로 이용할 수 있는 양자점의 형성 방법에 관한 것이다.
최근에, 별도의 리소그래피 공정을 진행하지 않고 격자부정합의 응력이완 과정을 이용하여 자발 형성 양자점을 성장시키는 스트란스키-크라스타노브 성장 방법(Stranski-Krastanow growth method)에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 아울러서, 스트란스키-크라스타노브 성장 방법에 의해 형성된 자발 형성 양자점을 광소자에 응용하는 연구가 다양하게 수행되고 있다.
특히, 자발 형성 양자점을 1.3㎛과 1.55㎛의 파장영역을 이용하는 광통신 분야에 응용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 1.3㎛ 파장 영역에 이용되는 양자점으로 In(Ga)As 양자점을 들 수 있다. 상기 In(Ga)As 양자점은 GaAs 기판 상에 자발 형성 방법으로 쉽게 성장시키는 것이 가능하다. 따라서, 자발 형성 방법으로 성장된 In(Ga)As 양자점을 활성층으로 이용한 레이저 다이오드를 비롯한 광소자에 대한 연구 결과가 많이 발표되고 있다.
그런데, In(Ga)As 양자점을 1.55㎛ 파장 영역에 이용하기 위하여, GaAs 기판 상에 In(Ga)As 양자점을 형성할 경우 In(Ga)As 양자점 크기 및 주변 물질의 응력에 의한 영향 때문에 1.55㎛ 파장영역을 구현하기에 한계가 있었다. 따라서, 1.55㎛ 파장 영역에 이용하는 In(Ga)As 양자점을 InP 기판 상에 형성하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나, InP 기판을 이용할 경우 상기 GaAs 기판을 이용하는 경우보다 양자점을 형성하는 물질층과의 격자 부정합이 작고 주변 물질과의 반응현상 때문에 자발 형성 방법으로 양질의 양자점을 형성하는데 많은 어려움이 있다. 더욱이, InP 기판 상에 형성되는 In(Ga)As 양자점은 그 모양이 비대칭적이거나, 균일도가 좋지 않아 발광 피크의 반치폭(FWHM, full-width at half-maximum)이 매우 넓고 발광 피크의 세기가 약하여 광소자의 활성층으로 응용하고자 할 때 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 InP 기판 상에 균일도가 좋아 발광 피크의 반치폭이 좁고 발광 피크의 세기가 큰 발광 특성을 얻을 수 있는 양자점 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예에 의한 양자점 형성 방법은 InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 물질층 또는 In(Ga, Al As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성한다. 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 이용할 경우에는 In(Ga, Al)As 양자점이 형성된다. 그리고, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층을 이용할 경우에는 In(Ga, Al, P)As 양자점이 형성된다.
본 발명의 다른 예에 의한 양자점 형성 방법은 InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써, 상기 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층간의 격자 부정합에 의한 자발 형성 방법과 상기 교번증착시 In(Ga)As물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 구성하는 3족 물질의 성장 거동에 의한 상분리(phase separation) 현상을 이용하여 In(Ga, Al)As 양자점을 형성한다.
또한, 본 발명의 또 다른 예에 의한 양자점 형성 방법은 InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써, 상기 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층간의 격자 부정합에 의한 자발 형성 방법과 상기 교번증착시 As와 P의 치환 현상을 이용하여 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성한다.
이상과 같은 본 발명의 양자점 형성 방법은 종래와 같이 자발 형성 방법만을 이용하여 형성하는 것이 아니라 자발 형성 방법과 교번 증착에 의한 교번 성장법을 동시에 이용함으로써 양질의 양자점을 형성할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위(상)"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다.
본 명세서에서, ( )로 표시된 물질은 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있는 것을 의미한다. 예컨대, In(Ga)As층이라고 표현되어 있을 경우, InAs층일수도 있고, InGaAs층일 수도 있다.
실시예 1
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양자점의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, InP(1)을 비소(As) 분위기에서 열처리를 수행한다. 이어서, 상기 InP 기판(1) 상에, 상기 InP 기판과 격자정합한(lattice-matched) 완충층(3)을 형성한다. 상기 완충층(3)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다. 상기 완충층(3)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 완충층(3) 상에, 서로 격자 부정합이 큰 In(Ga)As 물질층(5) 및 InAl(Ga)As 물질층(7)을 순차적으로 교번하여 증착한다. In(Ga)As 물질층(5) 및 InAl(Ga)As 물질층(7)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성한다. 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7)의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성한다. 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7)의 교번 주기는 10 내지 100 주기 수행한다. 도 2에서는 편의상 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(5)의 교번 주기를 4 주기만 표시한다.
도 3을 참조하면, In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7)을 교번하여 증착하면 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7) 사이의 격자 부정합에 의해 축적된 스트레인(strain) 에너지에 의한 자발 형성 방법과, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 구성하는 3(III)족 물질의 성장 거동에 의한 상분리(phase separation) 현상을 동시에 이용하여 In(Ga, Al)As 양자점(9)이 형성된다.
상기 In(Ga, Al)As 양자점(9)은 완충층(3) 상의 일부분에 형성된다. 결과적으로, 상기 In(Ga, Al)As 양자점(9)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성된다.
여기서, In(Ga, Al)As 양자점(9)의 형성과정을 좀더 자세하게 설명한다. 상기 완충층(3) 상에 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7)을 교번하여 증착하면, 처음에는 In(Ga)As 물질층(5)과 InAl(Ga)As 물질층(7) 사이의 격자 부정합에 의해 축적된 스트레인(strain) 에너지에 의한 자발 형성 방법이 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9) 형성의 주된 요인으로 작용한다. 상기 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9)이 형성되고 나면 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9) 주변에서 III족 물질의 성장 거동이 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9)에 영향을 주게 된다. 다시 말해, III족 물질, 즉 In, Ga, Al의 확산 거리, 속도 등과 같은 물질 자체의 성장 거동이 다르기 때문에 나타나는 상분리 현상이 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9)에 영향을 주면서 최종적인 초기 In(Ga, Al)As 양자점(9)이 형성된다.
이와 관련하여, 앞서 종래 기술에서 설명한 바와 같이 GaAs 기판 상에 In(Ga)As 양자점을 형성할 경우, 격자 부정합이 커서 III족 물질의 성장 거동에 영향을 받지 않고 자발 형성 방법으로 In(Ga)As 양자점을 쉽게 성장시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서 이용하는 InP 기판은 GaAs 기판과 비교하여 양자점을 형성하는 물질, 예컨대 In(Ga, Al)As과의 격자 부정합이 작기 때문에, In(Ga, Al)As 양자점을 형성할 때 상기 III족 물질의 성장 거동에 의한 상분리 현상이 크게 영향을 받게 된다. 더더욱, In(Ga, Al)As 물질은 본질적으로 상분리 현상이 쉽게 발생하는 물질이다. 따라서, InP 기판 상에 균일도가 좋은 In(Ga, Al)As 양자점을 형성하는 것은 거의 불가능하다.
이를 극복하기 위하여, 본 발명자들은 상분리 현상을 제거하면서 In(Ga, Al)As 양자점을 형성하는 것에 주안점이 둔 것이 아니라 상분리 현상을 이용하는 데 주안점을 두었다. 즉, 본 발명자들은 자발 형성 방법과 더불어 상기 III족 물질의 성장 거동에 의한 상분리 현상을 동시에 이용하면서 균일도가 좋은 양질의 In(Ga, Al)As 양자점을 형성한다.
도 4를 참조하면, 상기 In(Ga, Al)As 양자점(9) 상에 캡층(11)을 형성하여 양자점 시료를 완성한다. 상기 캡층(11)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다. 이상과 같은 본 발명의 제1 실시예에 의한 In(Ga, Al)As 양자점(9)은 앞서 설명한 바와 같이 자발 형성 방법과 교번 성장법에 의한 상분리 현상을 동시에 이용하여 형성한다.
이렇게 자발 형성 방법과 교번 성장법에 의한 상분리 현상을 동시에 이용하여 형성된 In(Ga, Al)As 양자점(9)은 후술하는 바와 같이 모양이 원형 형태로 이상적으로 형성되고 균일도가 좋다. 이에 따라, 본 발명에 제1 실시예에 의해 형성된 양자점 시료는 발광 피크의 반치폭이 좁고 발광 피크의 세기를 증가시킬 수 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 양자점 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 의한 양자점 형성 방법은 제1 실시예와 비교하여 양자점의 적층 주기가 복수인 것을 제외하고는 동일하다. 도 5에서, 도 1 내지 도 4와 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다.
보다 상세하게, 제1 실시예와 같이 도 1 내지 도 3의 과정을 수행한다. 이어서, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 In(Ga, Al)As 양자점(9) 상에 장벽층(21)을 형성한다. 상기 장벽층(21)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다.
계속하여, 상기 장벽층(21) 상에 도 2 및 도 3과 동일한 방법으로 In(Ga, Al)As 양자점(9a)을 형성한다. 이어서, 상기 In(Ga, Al)As 양자점(9a) 상에 장벽층(미도시)을 형성한 후, 또 다른 In(Ga, Al)As 양자점(미도시)을 형성한다. 이렇게 상기 장벽층(21) 및 In(Ga, Al)As 양자점(9a)을 복수회 적층한다. 상기 적층 주기는 1 내지 30 주기로 수행할 수 있다. 도 5에서는 편의상 적층 주기를 2 주기만 수행하였다.
다음에, 최종적인 In(Ga, Al)As 양자점(9a)을 형성한 후에는 제1 실시예와 같이 캡층(11)을 형성하여 양자점 시료를 완성한다.
실시예 3
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양자점의 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
구체적으로, 본 발명의 제3 실시예에 의한 양자점 형성 방법은 제1 실시예와 비교하여 교번증착시 증착하는 물질층이 다르고, 이에 따라 양자점 형성 원리 및 양자점을 구성하는 물질이 다르다.
도 6을 참조하면, InP(31)을 비소(As) 분위기에서 열처리를 수행한다. 이어서, InP 기판(31) 상에, 상기 InP 기판과 격자정합한(lattice-matched) 완충층(33)을 형성한다. 상기 완충층(33)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다. 상기 완충층(33)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성한다.
도 7을 참조하면, 상기 완충층(33) 상에, 서로 격자 부정합이 큰 In(Ga)As 물질층(35) 및 In(Ga, Al. As)P 물질층(37)을 순차적으로 교번하여 증착한다. In(Ga)As 물질층(35) 및 In(Ga, Al. As)P 물질층(37)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성한다.
상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층(35)과 In(Ga, Al. As)P 물질층(37)의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성한다. 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층(35)과 In(Ga, Al. As)P 물질층(37)의 교번 주기는 10 내지 100 주기 수행한다. 도 7에서는 편의상 교번 주기를 4 주기만 표시한다.
도 8을 참조하면, In(Ga)As 물질층(35)과 In(Ga, Al. As)P 물질층(37)을 교번하여 증착하면 In(Ga)As 물질층(35)과 In(Ga, Al. As)P(37) 사이의 격자 부정합에 의해 축적된 스트레인(strain) 에너지에 의한 자발 형성 방법과, 상기 교번증착시 In(Ga, Al, P)As 양자점(39)이 형성된다.
상기 In(Ga, Al, P)As 양자점(39)은 완충층(32) 상의 일부분에 형성된다. 결과적으로, 상기 In(Ga, Al, P)As 양자점(39)은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성된다.
도 9를 참조하면, 상기 IIn(Ga, Al, P)As 양자점(39) 상에 캡층(41)을 형성하여 양자점 시료를 완성한다. 상기 캡층(41)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다. 이렇게 자발 형성 방법과 교번 성장법에 의해 본 발명의 제3 실시예에 의한 In(Ga, Al, P)As 양자점(39)은 후술하는 바와 같이 모양이 원형 형태로 이상적으로 형성되고 균일도가 좋다. 이에 따라, 본 발명에 제3 실시예에 의해 형성된 양자점 시료는 발광 피크의 반치폭이 좁고 발광 피크의 세기를 증가시킬 수 있다.
실시예 4
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 의한 양자점 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
구체적으로, 본 발명의 제4 실시예에 의한 양자점 형성 방법은 제3 실시예와 비교하여 양자점의 적층 주기가 복수인 것을 제외하고는 동일하다. 도 10에서, 도 6 내지 도 9와 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다.
보다 상세하게, 제3 실시예와 같이 도 6 내지 도 8의 과정을 수행한다. 이어서, 상기 In(Ga, Al, P)As 양자점(39) 상에 장벽층(43)을 형성한다. 상기 장벽층(43)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다.
계속하여, 상기 장벽층(43) 상에 도 7 및 도 8에 설명된 바와 같이 자발 형성 방법과 교번성장법을 동시에 이용하여 또 다른 In(Ga, Al)As 양자점(39a)을 형성한다. 이어서, 상기 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점(39) 상에 장벽층(미도시)을 형성한 후, 또 다른 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점(미도시)을 형성한다. 이렇게 상기 장벽층(43) 및 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점(39a)을 복수회 적층한다. 상기 적층 주기는 1 내지 30 주기로 수행할 수 있다. 도 10에서는 편의상 적층 주기를 2회 주기만 수행하였다.
다음에, 최종적인 상기 In(Ga, Al, P)As 양자점(39)을 형성한 후에는 제3 실시예와 같이 캡층(41)을 형성하여 양자점 시료를 완성한다. 상기 캡층(41)은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성한다.
도 11은 종래의 자발 형성 방법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 단면 TEM 사진이고, 도 12는 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 시료의 단면 TEM 사진이다.
구체적으로, 도 11에 도시한 바와 같이 종래 기술에 의한 양자점은 높이가 폭에 비해 상대적으로 작은 값은 갖는다. 즉, 종래 기술에 의한 양자점은 높이/폭 비인 어스펙트 비가 대략 0.1 정도이다. 이에 반하여, 본 발명에 의한 양자점은 높이/폭비인 어스펙트비가 대략 0.25 정도를 나타내어 종래 기술에 비하여 크게 증가함을 알 수 있다. 이렇게 어스펙트비가 크게 되면 양자점이 구형이나 대칭 형태가 되어 이상적인 모양이 됨을 알 수 있다.
도 13은 종래의 자발 현상 방법을 이용한 양자점 형성 방법 및 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 상온 발광 특성을 파장에 따라 도시한 그래프이다.
구체적으로, 도 13은 종래의 자발 현상 방법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료(CQD)와 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료(AQD)의 발광(PL, photoluminescene) 피크를 도시한다. 도 13에 보듯이 본 발명에 의하여 형성된 양자점 시료(AQD)는 종래 기술에 의하여 형성된 양자점 시료(CQD)에 비하여 균일도가 우수하여 발광 피크의 반치폭이 현저히 감소하고 발광 피크의 강도(세기)도 크게 향상됨을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 교번 성장법을 이용한 양자점 형성 방법에 의하여 형성된 양자점 시료의 여기 세기에 따른 상온 발광 특성을 파장에 따라 도시한 그래프이 다.
구체적으로, 도 14에서 위쪽 발광 피크가 여기 세기가 큰 것을 나타낸다. 도 14에 보듯이 여기 세기가 증가할수록 단파장쪽의 발광 피크의 세기가 점차적으로 증가하여 장파장쪽의 발광 피크의 세기보다 상대적으로 커지고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상으로부터 단파장쪽의 발광 피크는 제1 여기 준위에서 기인한 것으로 볼 수 있어 본 발명에 의해 양질의 양자점이 형성됨을 알 수 있다. 다시 말해, 제1 여기 준위에 의한 발광 피크가 쉽게 나타날 경우 이상적인 형태의 양자점이 본 발명에 의하여 형성됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 양자점 형성 방법은 InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고, 상기 완충층 상에 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 물질층 또는 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성한다. 이렇게 본 발명의 양자점 형성 방법은 격자 부정합에 기인하는 자발 형성 방법과 교번 성장 방법을 동시에 이용하여 보다 이상적인 형태의 양자점을 형성한다. 이에 따라, 본 발명에 의하여 형성된 양자점 시료는 균일도가 좋아 발광 피크의 반치폭이 좁고 발광 피크의 세기가 현저히 증가한다. 따라서, 본 발명에 따른 양자점을 레이저 다이오드와 같은 발광소자나 광검출기 등의 광소자의 활성층으로 응용하였을 때 그 소자 특성이 크게 개선될 수 있다.

Claims (23)

  1. InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고; 및
    상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 물질층 또는 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 완충층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 또는 In(Ga, Al, As)P 물질층의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과, InAl(Ga)As 또는 In(Ga, Al, As)P 물질층의 교번주기는 10 내지 100 주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 In(Ga, Al)As 또는 In(Ga, Al, P)As 양자점은 유기금속화학증착법(MOCVD), 분자선증착법(MBE) 및 화학선 증착법(CBE)중에서 선택된 어는 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 양자점 상에 장벽층을 형성한 후 상기 장벽층 상에 상기 교번층착법에 의하여 양자점을 더 형성하되, 상기 장벽층 및 양자점의 적층 주기를 1 내지 30주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 장벽층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  8. InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고; 및
    상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al)As 양자점을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 완충층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성하는 것을 특징으 로 하는 양자점 형성 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층의 교번주기는 10 내지 100 주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  12. InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고; 및
    상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 완충층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층의 교번주기는 10 내지 100주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  16. InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고; 및
    상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써, 상기 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층간의 격자 부정합에 의한 자발 형성 방법과 상기 교번증착시 In(Ga)As물질층과 InAl(Ga)As 물질층을 구성하는 3족 물질의 성장 거동에 의한 상분리(phase separation) 현상을 이용하여 In(Ga, Al)As 양자점을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 완충층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 InAl(Ga)As 물질층의 교번주기는 10 내지 100 주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  20. InP 기판 상에 상기 InP와 격자정합한 완충층을 형성하고; 및
    상기 완충층 상에, 서로 격자 부정합이 큰 물질층인 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층을 순차적으로 교번하여 증착함으로써, 상기 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층간의 격자 부정합에 의한 자발 형성 방법과 상기 교번증착시 In(Ga, Al, P)As 양자점을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 완충층은 InAl(Ga)As, In(Ga, Al, As)P 또는 이들로 구성된 이종접합층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층의 두께는 각각 1 모노레이어(Monolayer)에서 10 모노레이어로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 교번증착시 In(Ga)As 물질층과 In(Ga, Al, As)P 물질층의 교번주기는 10 내지 100주기인 것을 특징으로 하는 양자점 형성 방법.
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