제티안미 교수

라용호 박사

한국세라믹기술원(원장 유광수) 라용호 박사와 미국 미시간대학교 전기·컴퓨터공학부 제티안 미 교수는 최근 공동연구를 통해 ‘미세전류로 구동되는 초소형 수직 반도체 레이저 소자’를 개발했다.

일반적으로 사용되고 있는 반도체 레이저 소자는 반도체 사이에서 평행한 빛을 방출하는 수평 발광 레이저가 대부분으로 소자에 반사판이 부착돼 있어 부피가 크고 복잡한 제조공정으로 인해 생산 단가가 높다. 또한, 차세대 레이저 소자로 각광받고 있는 수직으로 발광하는 반도체 레이저 소자 또한 반사판이 필수적이어서 초소형 디스플레이를 구현하고 저전력으로 구동되기에는 한계가 있었다.

공동연구팀이 개발한 소자는 질화물계 나노와이어 반도체 구조를 통해 수평이 아닌 수직으로 레이저가 방출이 되며, 초소형으로 제작이 가능하고 미세전류로도 구동이 된다.

초고진공상태에서 약 1000℃의 고온 합성을 통해 결함 비율을 획기적으로 줄인 질화물계 나노와이어 반도체 구조로 설계하고 구조의 간격을 세밀하게 조절해 수평이 아닌 수직으로 레이저가 방출된다.

또한, 기존의 소자에서 필수적으로 요구되는 반사판을 제거하고 나노와이어 반도체 구조 자체에서 빛을 증폭시키는 방식을 적용해 빛 효율을 극대화시켰다.

라용호 박사는 “미세전류만 흘려줘도 빛이 증폭돼 레이저가 나올 수 있다”며, “전력소모가 거의 없고 소자의 크기도 5㎛(0.005㎜) 정도까지 줄일 수 있다”고 말했다.

이번 연구결과는 미국 과학진흥협회가 발행하는 세계적 권위 국제학술지인 사이언스 어드벤스 2020년 1월호에 게재됐다. 강진태 기자