양자점 원적외선 수광소자 전망

Abstract

실제 실험에 사용한 대표적인 InAs/GaAs QUDIP에 대해서 detector를 평가하는데 사용하는 responsitity D*뿐만 아니라 이두 값을 좌우하는 phottoconductive gain 양자효율 noise current에 대해 정량적으로 살펴보고 QWIP와 비교해보았다 우선 가장 중요한 것은 QDIP의 온도가 약 10K에서 거의 200K까지 올라가도 responsivity와 D* 모두 온도에 따라 민감하게감소하지 않는다는 사실이다(거의 10배 정도만 감소했음). 이러한 측정결과는 QDIP의 가장 큰 장점인 실온 동작 가능성이 아주 높음을 확인시켜 준다. 참고로, 이미 사용되고 있는 QWIP나 MCT detector는 낮은 온도 영역에서도 온도가 증가함에 따라 responsivity와 D*가 민감하게 감소해서 77K 이상에서는 동작하지 않는다. 두번째로, QWIP는 시료의 표면에 수직 입사되는 IR에 반응하지 않는데, QDIP는 시료의 표면에 수직 입사되는 IR에도 잘 반응함을 확인하였다. 이러한 두 가지 특성은 QDIP가 가질 것이라고 예상되던 QDIP의 가장 큰 장점으로, QDIP가 mid IR이나 far IR detector로서의 전망이 아주 밝음을 보여준다. 저온에서 QDIP의 responsivity는 수 A/W 로, 보통의 QWIP의 responsivity가 수십 mA/W인 것을 고려할 때, 충분히 큰 값이었다. QDIP의 responsivity가 이렇게 큰 이유는 photo-conductive gain이 1000 이상으로 매우 컸기 때문이었다. 반면에, 양자효율은 0.01% 이하로 아주 작았는데, 이것은 흡수 계수 자체보다는 흡수 두께가 작기 때문인 것 같고, 따라서 QDIP의 주기 수를 늘릴 필요가 있음을 알았다. Detector를 평가하는데 가장 중요한 것은 responsivity보다는 D*인데, photoconductive gain과 양자효율의 곱에 비례하는 responsivity는 ~A/W로 충분히 컸지만, 반면에 D*는 ~2E8으로 QWIP에 비해 작았다. 이것은 noise current가 컸기 때문이며 이를 줄이는 것이 중요하다. Noise current의 주된 요인이 dark current에 비례하는 g-r noise이므로, dark current를 줄이는 구조가 필요하다. 대표적인 예가 AlGaAs 같은 additional barrier를 넣어 dark current를 줄이는 방법이다. QDIP의 주기 수를 늘리는 것도 dark current를 줄이는 데 도움이 될 것이다.