2014.12.02. 카이스트신문

[물리학과] 기능 개선한 새로운 광자 다이오드 개발

▲ 광자 다이오드를 적용한 가상의 집적 회로 /조용훈 교수 제공

물리학과에서는 조용훈 교수팀이 새로운 광자 다이오드를 개발했다. 조용훈 교수팀의 연구는 9월 10일 자 <나노 레터스(Nano Letters)>의 표지 논문으로 게재되었다.

다이오드는 반도체 소자의 한 종류로, 한쪽으로만 전류를 흐르게 할 수 있어 정보 수송에 이용된다. 기존의 다이오드는 전자의 이동 방향을 제어하는 방식을 사용했으나, 최근에는 빛을 활용한 광자 다이오드를 개발하려는 연구가 활발히 이뤄졌다. 빛은 전자보다 훨씬 빠르고, 산란이 적어 정보 손실이 적기 때문이다.

하지만 기존의 광자 다이오드는 크기가 커서 많은 소자를 결합해야 하는 집적 회로에 적용하기 힘들었다. 또한, 입사광의 편광 방향과 입사 각도를 섬세하게 조절해야 해 쓸 수 있는 환경이 제한적이었다.

조용훈 교수팀은 먼저 크기가 매우 작은 질화물계 반도체를 지름이 수백 나노미터, 길이가 수 마이크로미터 정도인 작은 막대로 만들어 다이오드로 사용했다. 그다음에는 다이오드에 함유된 인듐(In)의 함유량과 양자 우물의 두께를 연속적으로 변화시켜 빛이 특정 방향으로만 이동할 수 있도록 만들었다. 그러면 빛이 한쪽으로만 이동하면서도 입사광이 갖춰야 할 조건이 까다롭지 않아 효과적인 활용이 가능하다.

이번 연구는 새로운 개념을 적용해 광자 다이오드가 상용될 수 있도록 발전시켰다는 것에 의의가 있다. 조용훈 교수는 “이제 집적 회로에서 전자 대신 광자를 활용해 정보의 전달 속도가 빛의 속도에 근접할 정도로 빨라질 것이다”라고 말한 바 있다.

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