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방출파장이 200 nm 범위로 조절되는 나노선 웨이퍼
138748
해외기술[미국]
2009-02-12
776  http://optics.org/
 
방출파장이 200 nm 범위로 조절되는 나노선 웨이퍼

국가 미국 분야 전자

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-07


나노선 기반의 레이저에서 200 nm의 파장가변범위를 달성하는 열쇠는 정밀한 제조기술이다.

파장가변 범위가 200 nm인 단일 반도체 레이저 칩을 미국 아리조나주립대(Arizona State University) 연구진이 발표했다. 이 장치는 500~700 nm 범위에서 파장을 조절할 수 있는데, 이것은 기록적인 성능이라고 연구를 이끈 춘-젱 닝(Cun-Zheng Ning)은 말한다. 파장을 넓게 조절할 수 있는 반도체 레이저는 분광법과 원거리통신에서부터 온칩 생화학 검출에 이르기까지 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 그러나 일반적인 에피택시 기반의 접근방식에서는 허용되는 격자부정합이 제한되기 때문에 그와 같이 넓게 가변되는 레이저를 달성하기는 어려웠다. 반도체 광원의 방출파장은 물질의 밴드갭(bangaps)에 의존한다. 넓게 가변되는 레이저는 비슷하게 가변되는 밴드갭을 가진 혼합물 반도체를 필요로 하며, 그러한 밴그갭은 합금의 성분에 의해 결정된다. 이러한 경우, 선택된 기판과의 격자부정합이 제한요인이다.

나노선 기술을 이용하면, 이러한 격자부정합 제한이 완화되거나 완전히 제거될 수 있다고 닝과 동료들은 말한다. 이것은 하나의 기판 위에 다양한 성분의 합금 반도체를 성장시키는 것이 원리적으로 가능하다는 것을 의미한다. 연구팀은 성장온도와 같은 변수들을 세밀하게 제어함으로써, 3원합금 CdSxSe1-x 나노선을 성공적으로 제조했다. 여기서 성분 x는 기판의 한쪽 끝에서부터 반대쪽 끝까지에 대해 연속적으로 0에서 1로 변화되었다. 그 결과, 웨이퍼는 공간적으로 연속적으로 분포된 1.75에서 2.5 eV 사이의 밴드갭들을 갖게 되었다. 파장으로 말하면 500~700 nm 사이이다.

웨이퍼는 각기 나노레이저처럼 작용하는 나노선들에 의해서 덮이기 때문에, 연속적으로 조절된 파장을 가진 그와 같은 수많은 나노레이저들이 하나의 기판 위에서 한 번의 성장으로 형성된다. 연구팀은 광펌핑을 통해서 웨이퍼의 길이 방향을 따라 각 지점의 레이저발진 특성을 보여줄 수 있었다. 현재 닝의 연구팀은 파장가변성을 더욱 넓은 파장범위로 확장하기 위해 연구하고 있으며, 이 독특한 합금 물질을 태양전지, 검출, 조명 및 디스플레이와 같은 여러 분야에 응용하려고 한다. 이 레이저가 전기적으로 구동되기만 하면, 더욱 더 많은 응용분야가 생길 것이다.

* 그림 : 위 그림은 나노선 웨이퍼의 방출에 대한 실제 영상이고, 아래 그림은 웨이퍼 길이방향의 16개 지점에서 측정된 방출 스펙트럼들로서, 공간적 파장가변성이 200 nm라는 것을 보여준다.

nanowire.jpg


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