KAIST 연구팀이 개발한 극미세 나노레이저 (미래창조과학부 제공)
기존의 극미세 레이저보다 10배 이상 작고 전류는 20배 이상 적게 드는 세상에서 가장 작은 나노레이저를 국내 연구진이 개발했다.
레이저가 작으면 작을수록 집적도는 높아지고 소모전력은 작아지는 장점이 있지만 나노레이저의 동력인 전류의 주입은 어려워 극미세 나노 레이저 개발에 한 과제가 돼 왔다.
전극구조를 작은 나노레이저에 맞게 제작하는 것이 어렵고 레이저 특성이 저하되는것도 해결할 숙제였다.
그런데 KAIST 이용희 교수 팀은 미세기둥을 이용해 작은 나노빔 공진기에 전류를 주입하는 기술을 개발하고 이를 이용해 머리카락 두께의 1/100 크기인 극미세 나노레이저를 만드는데 성공했다.
이렇게 개발된 나노레이저는 기존의 극미세 나노레이저보다 크기는 10배 작고 레이저를 구동시키는데 필요한 전류는 20배 이상 낮아졌다.
이번 극미세 나노레이저 개발에 따라 앞으로 광검출기 등과 결합해 광집적회로나 양자비밀 정보통신 등의 광원으로 활용될 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
특히 이 나노레이저는 상온에서 5 마이크로암페어의 미세전류로 발진이 가능한데 이는 지금까지 학계에 보고된 값 가운데 가장 작은 것으로 그만큼 적은 전류로도 레이저의 구동이 가능해 전력이 조금 드는 장치에 응용할 수 있다.
이 교수팀 연구의 핵심은 반도체 식각방법을 통해 나노빔 아래에 수십-수백 나노미터 너비의 미세기둥을 배열한데 있다.
나노빔에 전류를 흘려주는 통로 역할을 하는 미세기둥의 크기와 위치를 원하는대로 조절할 수 있어 전류주입이 효율적으로 이뤄질 수 있다는 것이다.
이 교수팀은 나노빔은 나노선 구조에 공기구멍의 1차원 주기적 배열로 이뤄진 광결정으로 기존의 2차원 광결정에 비해 크기를 크게 줄여 레이저의 집적도를 높이고 전력소모를 줄이는 구조라고 밝혔다.
이용희 교수와 고려대 박홍규 교수 등이 참여한 이번 연구는 네이처 자매지인 네이처 커뮤니케이션지 최신호에 발표됐다.