본 연구에서는 바이어스 보조 캐리어 주입 메커니즘을 통해 광학 OR 및 AND, 또는 NAND 및 NOR 논리 게이트를 동시에 구현하기 위한 p-i-n 다이오드 내장 병렬 3중 마이크로링 공진기(MRR) 구성을 제안한다. 링에 가해진 적용 바이어스는 bandfilling, bandgap shrinkage 및 자유 캐리어 흡수 효과를 통해 고유 영역(intrinsic region)에서 굴절률 변화를 유도하며, 이에 따라 각기 다른 공진 파장 이동으로 인해 MRR의 출력 포트에서 광 강도의 변화가 발생한다. 광학 논리 게이트의 동작 출력은, 입력 광 신호를 입력 포트로 유입할 때 마이크로링 공진기의 공진 파장에 위치한 파장의 입력에 대한 MRR 출력 포트에서의 빛의 세기로 나타내며, 피연산자는 링에 가해지는 바이어스로 나타낸다. 제안된 마이크로링 공진기 구성은 고유 영역 폭, 링-버스 웨이브가이드 간 결합 계수, 그리고 고유 영역에서 캐리어의 수명(lifetime)을 최적화함으로써 높은 대비비(contrast ratio)와 광 구속 계수(optical confinement factor)를 달성하도록 이론적으로 최적화되었다.

고투명 단면(단측) 서브파장 구조(SWSs) 통합 유리를 저비용 무반사 유리용으로 제작한다. 은(Ag) 잉크와 RIE 공정(process)을 사용하여 소다라임 유리(soda lime glass) 위에 다양한 SWS를 단순하고 비용 효율적으로 제작한다. 제작된 SWS는 은 잉크 비율에 따라 서로 다른 분포와 형상을 가진다. 광학 특성 조사를 위해 무처리 유리(bare)와 SWSs 통합 유리의 평균 투과율(Tavg), 태양광 가중 투과율(SWT), 각도 의존 투과율 값을 측정한다. 은 잉크 비율이 33%인 SWS 시료는 은 잉크 비율이 25 및 50%인 시료와 비교하여 우수한 Tavg와 SWT를 보였다. 이는 넓은 스펙트럼 범위와 넓은 입사각 범위에서, SWSs를 통합한 소다라임 유리의 Tavg 및 SWT 값이 무처리 유리(bare glass)로 달성한 값보다 더 높게 얻을 수 있음을 보여준다. 결과적으로 SWSs를 통합함으로써 유리의 광학 특성과 광전지(PV) 모듈의 성능을 향상시킬 수 있다. 제작된 SWSs 통합 유리는 경제적인 커버글라스를 위해 PV 모듈 상단에 장착한다. SWSs 통합 커버글라스를 적용한 PV 모듈은 커버글라스를 적용하지 않은 경우에 비해 36.6%의 효율을 보였으며, 모든 입사각에서 효율이 향상되었다. 이는 SWSs를 포함한 고투명 유리를 그림용 대형 액자 유리(large-scale framed glasses), 광학 렌즈, 디스플레이, LED 및 기타 광전자 소자뿐 아니라 PV 모듈과 같은 저비용 무반사 유리에 사용할 수 있음을 나타낸다.

우리는 비정질 실리콘(a-Si)에 대한 사면 각 증착(oblique-angle deposition)으로 제작한 단일 재료 분산 브래그 반사기(single-material distributed Bragg reflector, DBR)를 제시한다. a-Si 박막의 높은 굴절률과 낮은 굴절률은 두 개의 입사 증기 플럭스 각도(θα)인 0°와 80°에서, 각각 0°에서 67 nm, 80°에서 128 nm의 1/4 파장 두께를 산정함으로써 얻었다. 제작된 단일 재료 브래그 반사기는 단지 5쌍만으로도 95% 이상의 높은 반사율 값을 제공하였다. 제안된 DBR은 제작 비용과 공정 단계를 줄이기 위해 공진기 내부 접속(intra-cavity contacted) 수직공진 표면발광 레이저(intra-cavity contacted vertical-cavity surface-emitting lasers, VCSELs)에 적용하였다. VCSEL 상에서 제작된 5쌍 a-Si/a-Si DBR에 대해서는, 710 - 1020 nm의 넓은 파장 범위에 걸쳐 95% 이상의 높은 반사율을 유지하면서 정규화 정지 대역(normalized stop bandwidth) 31.63%가 측정되었다. Da = 7 μm로 제작된 VCSEL은 출력전력과 역치전류에서 합리적인 측정 결과를 보였다.

우리는 비복사 재결합을 억제하기 위해 크라운(crown) 형상의 양자 우물(CSQW)의 구조적 및 광학적 특성을 조사하였다. 우물/장벽 계면의 결함 트랩(defect traps)에서의 캐리어 손실을 감소시키기 위해, CSQW는 밴드갭 에너지(bandgap energy)를 조절함으로써 캐리어를 중앙 영역에 집중시키도록 설계되었다. 온도 의존적 광발광(photoluminescence) 측정 결과, CSQW는 높은 활성화 에너지와 낮은 포텐셜 요동을 보였다. 또한 고온에서 CSQW의 긴 캐리어 수명은 결함 트랩에서의 캐리어 손실이 감소함을 시사하는 것으로 해석될 수 있다.

AsH3 서지 처리(AsH3 surge treatment)를 포함한 개질된 PH3-에서 AsH3-로의 가스 전환 시퀀스가 GaInP/GaAs 이중 접합 태양전지에 미치는 영향을 연구하였다. AsH3 서지 처리의 경우 결함의 부재로 대표되는 재료의 질과 소자 성능이 모두 유지되었으나, 이를 적용하지 않은 경우 As/P 계면에서 기원한 두 특성 모두의 열화가 관찰되었다. III–금속 조성의 불균일성을 갖는 결함이 계면에서 형성되어, GaInP 상부 셀을 관통하는 V자형 전위로 발달하는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 GaInP에서 As 기반 재료 성장을 수행하기 전에 충분한 비소 공급이 필요함을 시사한다.

Si 델타 도핑 기법을 사용하여 고성능 GaAs 터널 다이오드(TD)를 제작하였다. GaAs TD는 피크 터널 전류 밀도 2,735 A/cm2 및 낮은 비저항 1.46 × 10−4 Ω·cm2를 나타냈다. 그러나 Si 델타 도핑의 양이 일정 한도를 초과하면 GaAs TD의 성능이 저하되었으며, 이러한 현상은 다른 곳에서는 드물게 보고되었다. 다양한 Si 델타 도핑 양을 갖는 GaAs TD에 대한 상세 분석과 수치 시뮬레이션을 통해 Si의 양성(ам포테릭) 거동이 성능 한도를 지배함이 입증되었다. Si 델타 도핑을 정밀하게 제어한 GaAs TD는 최신형 탠덤 태양전지 응용에 적합하다.

본 연구에서는 바이어스 보조 캐리어 주입 메커니즘을 통해 광학 OR 및 AND, 또는 NAND 및 NOR 논리 게이트를 동시에 구현하기 위한 p-i-n 다이오드 내장 병렬 3중 마이크로링 공진기(MRR) 구성을 제안한다. 링에 가해진 적용 바이어스는 bandfilling, bandgap shrinkage 및 자유 캐리어 흡수 효과를 통해 고유 영역(intrinsic region)에서 굴절률 변화를 유도하며, 이에 따라 각기 다른 공진 파장 이동으로 인해 MRR의 출력 포트에서 광 강도의 변화가 발생한다. 광학 논리 게이트의 동작 출력은, 입력 광 신호를 입력 포트로 유입할 때 마이크로링 공진기의 공진 파장에 위치한 파장의 입력에 대한 MRR 출력 포트에서의 빛의 세기로 나타내며, 피연산자는 링에 가해지는 바이어스로 나타낸다. 제안된 마이크로링 공진기 구성은 고유 영역 폭, 링-버스 웨이브가이드 간 결합 계수, 그리고 고유 영역에서 캐리어의 수명(lifetime)을 최적화함으로써 높은 대비비(contrast ratio)와 광 구속 계수(optical confinement factor)를 달성하도록 이론적으로 최적화되었다.