금오공대 엄대영, 전북대 라용호 교수 연구팀,3족-질화물 반도체 기반 나노와이어 공진 구조체 기술
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- ▲ 금오공대 엄대영 교수ⓒ
엄대영 국립금오공과대학교 첨단산업융합학부 반도체공학전공 교수는 라용호 전북대 교수와 공동연구로 ‘상온에서 저임계 레이저 발진이 가능한 3족-질화물(InGaN/GaN) 반도체 기반의 나노와이어(nanowire) 공진 구조체' 를 개발했다고 16일 밝혔다.연구팀은 기존의 박막 구조체보다 광·전기적 특성이 우수한 ‘나노와이어 구조체’ 를 이용해 마이크로-LED 광원을 대체할 수 있는 ‘초소형 나노-레이저 광원기술’을 제시한 논문을 개재했다.이 기술은 VR(가상현실)·AR(증강현실)·XR(확장현실) 등 메타버스용 차세대 마이크로-디스플레이 및 인공지능(AI)산업분야에 폭넓게 활용될 것으로 연구팀은 기대했다.연구팀은 기술적 한계를 극복하기 위해 반도체 박막을 성장시키는 대표적 공정인 MOCVD 공정을 이용해 ‘독자적인 에피택시 성장 공정 기술’ 을 개발해 n-Si 기판 상에 고품위의 n-GaN 나노와이어 구조체를 성장시켰다.또 해당 나노와이어 구조체의 무분극(non-polar) 표면인 측면 영역에 발광 활성층인 InGaN/GaN 다중양자우물(MQW) 구조층과 p-GaN 층을 형성하여 core-shell 형태의 독특한 나노와이어 광 이득 공진 구조체를 제작했다.연구팀이 개발한 core-shell 형태의 매우 긴 나노와이어 구조는 기존 박막 구조보다 넓은 발광 활성 표면적을 가진다.이는 생성된 광자들이 내부에서 효과적으로 공진할 수 있는 구조적 환경을 제공함으로써 향상된 광 이득 특성을 통해 레이저 발진에 유리한 구조적 장점을 갖는다.이번 연구는 기존에 빛을 만들어 내는 장치와 그 원리를 이용해온 광원기술보다 높은 색 순도와 뛰어난 단일 방향성을 갖는 나노-레이저 광원 구현 가능성을 제시했다.이에 따라 향후 초고해상도 근안 디스플레이용(AR 안경, VR 헤드셋, XR-AI 융합 솔루션, 스마트 글라스 등) 광원 픽셀 기술뿐 아니라 차세대 나노-포토닉스 기반 광전자 집적소자로의 확장 가능성을 제시했다.연구를 주도한 엄대영 교수와 라용호 교수는 “이번 연구 성과는 차세대 VR·AR·XR용 초고집적 나노-레이저 광원 픽셀 구현을 위한 원천기술이자, 차세대 광자-전자 융합 반도체 집적회로(OEIC) 기반의 AI 시스템 구현을 위한 반도체 소자 제작의 기반기술이 될 것”이라고 전망했다.
