ICT/융합

광발산·광수신을 동시에 구현한 자외선 동질성 집적 광전자 칩 개발

발행일 : 2018 / 05 / 17

최근, 난징(南京)우전대학 교수 왕융진(王永進) 연구팀은 양자우물(quantum well) 다이오드 발광과 검출 특성이 공존하는 물리적 현상을 발견하였으며 또한 이를 기반으로 세계 최초로 다양한 동질성 집적 광전자 칩을 개발하였다. 이로써 1개 칩에서 광발산 및 광수신을 동시에 구현할 수 있게 되었다. 해당 연구성과는 “Semiconductor Today”에 게재되었다.

“동질성 통합”은 아주 어렵다. 기존에 광 발산/전달/변조/수신 소자 등은 동일한 연구 영역이 아니기에 해당 소자를 결합한 연구 사례는 없다. 만약 광섬유 탐침과 광원을 통합시킬 수 있다면 위내시경 검사 과정에서 환자의 고통을 대폭 감소시킬 수 있다.

왕융진 연구팀은 양자우물 다이오드의 발광 스펙트럼과 검출 응답 스펙트럼에 중첩 영역이 존재함을 발견하였다. 이는 양자우물 다이오드 소자를 발광소자와 검출소자로 동시에 이용할 수 있음을 의미한다. 해당 소자는 발산, 수신을 동시에 구현할 수 있는 양방향 송수신 특성을 보유하고 있다.

이를 기반으로 연구팀은 전이중(Full duplex) 가시광선 통신 칩, 광인터커넥션(Optical interconnection) 칩, 대뇌 유사 칩, 대뇌기능 칩, 사물인터넷 칩 등 다양한 종류의 칩을 개발하여 양자우물 다이오드의 광발산 및 광검출 특성이 공존함을 입증하였다.

왕융진 연구팀은 2014년 노벨물리학상 수상자 아마노 히로시 교수와 공동으로 자외선 주파수대의 동질성 집적 광자 칩 연구를 수행하였으며 또한 실리콘 기판 기반의 질화물 웨이퍼에 양자우물 다이오드 소자를 동일한 칩에 제조함과 아울러 도파관 연결로 형성된 칩 내부 통신 시스템 및 기계적 박리 기술을 이용하여 최초로 직경이 0.8mm이고 두께가 2μm인 전이 가능한 자외선 동질성 집적 광전자 칩을 획득하였다. 이로써 소형 자외선 전자 칩으로 물정화 소독, 검출, 통신 등 일련의 복잡한 프로그램을 완성할 수 있게 되었다.