[표지로 읽는 과학]결함이 생겨도 잘 작동하는 반도체 레이저

2020.02.15 10:25
네이처 제공
네이처 제공

국제학술지 ‘네이처’는 이달 13일 빨간색 빛을 내뿜는 삼각형의 모습을 표지로 실었다. 붉은색의 표지판 같아 보인다. 삼각형 불빛 주변을 둘러싼 하얀색 불도 함께 보인다. 붉은색 삼각형과 주변의 하얀색은 반도체 레이저의 모습을 나타낸 것이다.


반도체는 전자와 양공이 재결합할 때 빛이 나오는 현상인 ‘재결합 발광’ 일으킨다. 이 현상을 활용한 레이저를 반도체 레이저라 부른다. 전기로 구동되는 반도체 레이저는 가장 일반적인 유형의 레이저 중 하나로 광섬유 통신에서 레이저 인쇄 및 바코드 리더 등 일상 생활에 널리 활용된다. 반도체 레이저의 성능은 반도체에 달려있다. 반도체 제조 및 포장 과정에서 결함이 발생하면 그에 따라 반도체 레이저의 성능도 떨어진다.


치지왕 싱가포르 난양공대 물리및응용물리학과 교수 연구팀은 양자 캐스케이드 레이저를 기반으로 한 테라헤르츠 레이저를 개발했다는 연구결과를 이번주 네이처에 공개했다. 양자 캐스케이드 레이저는 반도체 레이저의 일종으로 중적외선 대역의 반도체 레이저다. 테라 헤르츠 레이저는 전자를 광속에 가깝게 가속해 주파수 1㎔(테라헤르츠) 영역의 레이저를 발생시킨다. 


연구팀은 이 두 레이저의 위상적 특성을 이용해 반도체 레이저가 가졌던 문제를 해결했다. 표지 속 그림처럼 두 개의 서로 다른 방향의 광결정 격자들 사이에 삼각형을 만들었다. 이를 통해 반도체에 결함이 존재하더라도 테라헤르츠 영역의 레이저를 방출할 수 있는 위상적 특징을 구현했다.


왕 교수는 “개발된 레이저는 전기로 구동되기 때문에 다양한 응용 분야를 찾을 수 있을 것”이라고 밝혔다.
 

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