국내 연구진이 나노미터(㎚·10억분의 1m) 크기의 극미세 광소자에 그래핀을 입혀 전기로 작동하는 나노레이저를 만드는데 성공했다.
박홍규 고려대 교수, 권순홍 중앙대 교수, 박원일 한양대 교수는 공동으로 그래핀을 이용한 전기 나노레이저 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.
광소자를 실생활에 응용하려면 전기에너지를 이용해야 한다. 하지만 나노레이저 크기가 너무 작아서 전기를 주입하는 전극 부분을 작은 공간 속에 만들기가 어려웠다. 또 전기가 잘 통하도록 전극을 금속으로 만들면 나노레이저 빛이 금속 전극에 흡수되거나 산란하는 문제가 있었다.
연구팀은 금속 전극이 갖는 문제점을 해결하고자 그래핀을 사용했다. 그래핀은 두께가 얇고 빛이 잘 투과돼 레이저 가까이에 놓더라도 빛을 흡수하거나 산란하는 현상이 없다. 직경 5마이크로미터(㎛·100만분의 1m)의 반도체로 된 공진기(레이저 구동기)를 반도체 공정방법으로 제작한 뒤 그 위에 그래핀을 덮고 전기를 주입했다. 그 결과 빛이 둥근 모양의 공진기 내부를 빙빙 돌면서 빠져나가지 못하고 레이저 빛을 발생시켰다.
특히 나노레이저는 300마이크로암페어(㎂)의 미세한 전류로도 레이저를 발생시키는데 성공했다. 또 직경 500㎚의 매우 작은 기둥 위에 그래핀 전극을 올리고 전류를 주입해 나노기둥 LED(발광다이오드)를 구동했다.
박홍규 교수는 “그동안 전기로 움직이는 나노레이저는 제작이 복잡했으나 이번 그래핀을 이용한 나노레이저는 기존의 복잡한 공정을 절반으로 줄여 대량생산을 가능케 했다”며 “광컴퓨터를 상용화할 수 있는 핵심기술이 될 것”이라고 말했다.
연구결과는 과학전문지 네이처의 자매지 `네이처 커뮤니케이션즈` 최신호에 발표됐다.
윤대원기자 yun1972@etnews.com