POSTECH,

LED 대체할 ‘차세대 광원’ 원천기술 개발

– 전자전기공학과 권오대교수팀…눈에 피로주지 않는 ‘절전 청색 광양자테’ 레이저 개발

– 청색레이저 상용화 가속화… 조명ㆍ휴대폰ㆍ차세대 디스플레이에 활용

  최근 높은 전력효율성으로 각광을 받고 있는 LED(발광다이오드)를 대체할 ‘차세대 레이저 광원’의 원천기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다.

 포스텍 전자전기공학과 권오대(權五大ㆍ61) 교수ㆍ박사과정 김영천(金煐千ㆍ27) 씨 팀은 기존 LED의 성능보다 우수한 청색의 ‘부드러운 3차원 수직공진형 광양자테(PQR: Photonic Quantum Ring) 레이저’를 최초로 개발했다.

 이번에 개발된 기술은 기존의 LED가 갖고 있는 단점을 대폭 보완할 것으로 기대돼 더욱 눈길을 끈다. 기존 LED의 응답속도가 메가헤르츠(MHz)를 넘기기 어려운데 비해 레이저는 수백 메가헤르츠에서 기가헤르츠(GHz)급까지 빠른 응답속도를 보이고, 이 같은 응답속도는 고주파로 변조할 수 있어 조명기구는 물론, 휴대폰이나 차세대 디스플레이 등 여러 분야에 활용될 것으로 기대된다.

 수 마이크론(μ) 미만의 질화갈륨 광양자테 레이저가 벌집처럼 집적된 이 레이저는  일반 레이저가 가지고 있는 눈이 부시고 어른거리는 ‘스페클(speckle) 현상’도 없어 눈에 피로감을 주지 않을 뿐 아니라, ‘광파 질서’ 현상에 의해 마이크로(1백만분의1)~나노(10억분의 1) 암페어 급의 낮은 전류로도 구동돼 전력 소모가 적고 섭씨 150도를 넘어가도 안정적인 파장을 내보내는 등 장점을 갖췄다.

 또 권 교수팀은 기존에 잘 알려져 있던 2차원 ‘속삭이는 회랑’* 공진 대신 광양자테의 3차원 ‘속삭이는 동굴’* 공진을 이용해 레이저 활용의 큰 걸림돌이었던 재료의 ‘반사도’에 대한 민감도를 줄였다. 이에 따라 별도로 레이저 광원에 사용되는 웨이퍼가 아닌 기존 LED에 활용되는 웨이퍼를 그대로 활용할 수 있게 돼 상용화 가능성을 한층 더 높였다. 

 연구팀은 “빛 추출 효율을 높이기 위해 표면을 변질하거나 깎는 등의 공정을 요하는 LED와는 달리 레이저는 정규 소자공정을 사용, 표면공정으로 유발되는 문제도 없고 추가공정도 필요치 않아 소자신뢰도를 높이고 제작비용도 절감하는 효과가 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

 무엇보다 주목할 점은 LED는 대부분의 원천특허권을 일본이 보유하고 있는 반면, ‘광양자테 레이저 광원’은 우리나라 연구팀이 한국과 미국, 일본 등에 관련기술에 대한 특허를 가지고 있는, 독보적인 ‘원천기술’이라는 점이다.

 권오대 교수는 22일 미국 캘리포니아주 산호세(San Jose)에서 열리는 국제광전자공학회(SPIE) ‘포토닉스 웨스트 2008(Photonics West 2008)’에 참석, 초청강연을 통해 이 같은 연구결과와 함께 세계최저전류 메가픽셀급 레이저칩 개발 등에 관해 소개할 예정이다.

 한편, 이번 연구는 한국광기술원 백종협 박사팀이 참여하였으며, 과학기술부ㆍ한국과학재단의 ‘국가지정연구실’, 교육인적자원부의 ‘BK21′ 사업, 나노기술집적센터, 그리고 삼성전자, LG이노텍의 지원으로 이루어졌다.