사진; 갈륨비소 웨이퍼 위에 1300㎚ 파장의 높은 발광효율을 갖는 나노양자점 신물질을 균일한 크기로 성장시킨 모습.
차세대 광통신용 레이저 개발에 필수적인 갈륨비소계 나노양자점 신물질이 개발됐다.
성균관대 정원국 교수(재료공학부) 팀은 과학기술부 기초과학연구지원사업의 지원을 받아 갈륨비소 웨이퍼 위에 1300㎚ 파장의 높은 발광효율을 갖는 나노양자점 신물질을 균일한 크기로 성장시키는 데 성공해 차세대 광통신용 레이저 개발이 앞당겨지게 됐다고 5일 밝혔다.
연구팀은 갈륨비소 기판 위에 인듐비소 나노양자점을 에피성장시킬 때 질소를 함께 공급해 인듐비소질소 나노양자점을 성장시킨 결과 첨가시킨 질소의 양이 1% 정도의 소량임에도 발광 파장이 1300㎚의 장파장으로 이동하며 발광효율이 감소하지 않는 것을 발견했다. 또 이 나노양자점은 상온에서 33meV의 발광 스펙트럼 반치폭(최대 진폭의 절반을 잘라 수평치를 잰 값)을 나타내 나노양자점의 조성 및 크기가 균일하며 시분해 발광 특성 측정을 통해 나노양자점 주위에 격자 결함을 거의 만들지 않아 상온에서 600㎰의 긴 운반자 지속시간을 갖는다.
연구팀은 이번 기술 개발로 생산자동화 및 타광소자와의 집적이 어려운 ‘측면발광 반도체 레이저’와 90년대 중반 상용화됐으나 파장이 짧은 ‘표면발광 레이저’의 단점을 동시에 해결할 수 있게 됐다고 밝혔다.
연구팀은 현재 개발된 신물질을 나노양자점 레이저·광증폭기·수광소자·단원자트랜지스터·광결정 광소자 등 차세대 광통신용 광전소자 제작에 응용하는 방법을 연구 중이며 개발된 나노양자점 성장 방법을 이용해 새로운 물질의 나노양자점 개발에 나설 방침이다.
정 교수는 “이 기술은 최근 연구가 활발한 나노구조에서의 물리 현상을 구명하는 기초연구적 측면과 함께 광통신시스템의 광원인 반도체 레이저의 성능을 향상시키고 제작비용을 줄이는 효과가 있다”며 “앞으로 1300㎚대 발광뿐 아니라 광통신에서 중요한 또다른 파장인 1550㎚ 발광 나노양자점의 구현에 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구성과는 ‘CSNN(Conference Superlattice Nanostructures&Nanodevices)’과 ‘ISCS(International Symposium on Compound Semiconductor)’ 등의 세계적 학술회의에서 발표됐고 나노양자점 분야의 세계적 학술지인 ‘어플라이드 피직스 레터’에도 발표될 예정이다.
<권상희기자 shkwon@etnews.co.kr>