접합과도용량분광법(DLTS)을 이용한 이중 적층구조 InGaAs 양자점의 전기적인 특성연구

Abstract

본 연구에서는 전기용량-전압 (capacitance-voltage; C-V) 측정법과 깊은 준위접합과도용량분광법 (deep level transient spectroscopy; DLTS)을 통해 이중 적층구조의 InGaAs/InGaAsP 양자점 시스템의 전기적인 특성과 양자점 내부의 불연속적(discrete)으로 존재하는 에너지 준위를 조사하였다. InGaAs/InGaAsP 양자점 시스템은 이중 적층구조 사이에 장벽층(spacer layer)의 두께에 따라 두 종류의 시스템을 준비하였고, 하나는 100 nm, 다른 하나는 20 nm 의 장벽층 두께를 가진 시료를 사용하였다. 이는 두개의 양자점 층 사이의 거리에 따른 에너지 준위의 변화를 알아보기 위한 것이다. 또한 DLTS 측정을 할 때, 측정 전압을 조절함으로 양자구조의 선택적인 영역의 에너지 준위를 조사하였다. 본 연구에 사용된 시료는 유기금속 화학기상 증착법 (metal-organic chemical vapor deposition; MOCVD)으로 성장하였고, 양자점은 InGaAs와 InGaAsP의 격자불일치 (lattice-mismatch)를 이용한 자기조립방식 (self-assembled mode), 즉 Stranski-Kranstanov (S-K) 방식으로 제작하였다. 각각 다른 크기의 양자점이 분포 되어있는 두 개의 양자점 층은 장벽층(spacer layer)로 분리되어있고, 장벽층의 두께에 따른 두 종류의 시스템이 준비되었다. 또한 plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)를 사용하여 Si₃N₄ 물질의 절연층을 쌓아서, metal-insulator-semiconductor (MIS) 구조로 만들었다. 두 종류의 시료는 C-V 측정법을 통하여 C-V 특성과 시스템 내부의 캐리어 분포를 계산으로 얻어낼 수 있었다. 이 결과로 두 개의 층에 존재하는 양자점을 확인하였고, 이는 DLTS 측정 영역을 정하는데 사용하였다. DLTS 측정은 100 nm 의 장벽층을 가진 시스템은 1 V 간격으로, 20 nm 의 장벽층을 가진 시스템은 0.8 V 간격으로 측정전압을 바꾸어 가며 측정하였다. 측정전압이 커질수록 양자점의 깊은 영역에 있는 에너지 준위를 측정할 수 있었고, 최종적으로 100 nm 시스템에서 422 meV, 357 meV 의 에너지를, 20 nm 시스템에서는 432 meV, 364 meV 의 에너지를 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 두 개의 양자점 사이의 장벽층의 두께가 얇아지면서 양자점간의 상호작용이 나타난 것으로 보인다.; The electrical properties and discrete energy levels of double layered InGaAs/InGaAsP quantum dot system were studied by performing capacitance-voltage (C-V) and deep level transient spectroscopy (DLTS) measurement. The samples have stacked two QD layers with different QD sizes, and two QD layers are separated by spacer layers with different thicknesses that were 20 nm and 100 nm for confirming distance dependence of two QD layers on energy level of QDs. The samples were grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, and quantum dots were fabricated by S-K mode. Two different sized quantum dot layers were separated by spacer layer having two different thickness. The Si₃N₄ insulating layer was grown on the top layer by plasma-enhanced chemical-vapor deposit ion (PECVD) method, thus sample was fabricated to metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. The carrier depth profile was obtained from the C-V measurement, and the carrier profile clearly showed two accumulation peaks of carrier concentration. DLTS measurement was performed at different bias condition; 1 V interval at 100 nm spacer layer system, and 0.8 V interval at 20 nm spacer layer system. The accurate energy levels were obtained by varying an applied electric field on DLTS. At the 100 nm spacer layer system, 422 meV, 357meV energy levels, and at the 20 nm spacer layered system, 432 meV, 364 meV energy levels were observed. At the narrower spacer layer, the activation energy of QD is larger than one of broader spacer layer sample.