미국 연구팀이 기존의 반복적인 패턴 대신 비주기적 패턴을 활용해 더 유연하고 안정적인 고성능 반도체 레이저를 개발했다.
14일(현지시간) 켄트 쇼켓 일리노이 그레인저 공대 전기·컴퓨터 공학 교수 연구팀은 준주기성 광결정 표면광방출 레이저(QPCSEL)를 성공적으로 시연했다고 밝혔다.
지난 20년간 사용된 광결정 표면광방출 레이저(PCSEL)는 소자 전체에 걸쳐 반복되는 광결정 패턴으로 제작됐다. 이 방식은 특정 속성에 최적화는 가능하지만, 다양한 패턴으로 소자를 제작하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 '매립형 유전체 플랫폼'이라는 새로운 접근법으로 이 문제를 해결했다. 기존 방식과 달리 이산화규소 층을 식각한 뒤 에피택셜 반도체로 덮어 소자에 내장하는 방식이다.
그 결과 부분적으로 주기적인 구조가 상온에서 성공적으로 레이저를 발진시켰다. 대학원생 에린 래프터리는 "비주기적 패턴을 구현하고 이를 조정할 유연성을 확보했음을 입증했다"며 "원하는 레이저 특성을 얻기 위해 굴절률 변화를 설계하는 다른 방식"이라고 설명했다.
쇼켓 교수는 "현재는 한 번에 한 종류의 구조만 성장시킬 수 있지만, 우리 방식으로는 동일한 기판에 여러 구조를 혼합할 수 있다"며 "더 안정적이고 성능이 좋은 레이저를 만들 수 있을 것"이라고 말했다.
연구팀은 향후 상업적 의미가 있는 전기 주입 다이오드를 시연하는 것을 목표로 하고 있다. 쇼켓 교수는 "물리학적 원리를 입증했으니 이제 실용적인 장치를 보여줘야 한다"고 덧붙였다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)'에 게재됐다.