광통신용 반도체 물질 양산 길 터

성대 정원국교수팀, 발광효율 높은 나노 신물질 개발인터넷을 고도화하는데 핵심적인 차세대 광통신용 반도체 물질을 대량생산하는 방법이 개발됐다.

성균관대 정원국 교수팀은 과학기술부와 한국과학재단의 기초과학연구지원사업으로 갈륨비소계 나노양자점 신물질과 성장 기술을 개발, 인터넷에 필수적인 차세대 광통신용 레이저를 실현하는 길을 열었다고 5일 밝혔다.

현재 일상생활의 한 부분을 차지하고 있는 인터넷 시대를 가능케 한 것은 반도체를 이용한 광통신 시스템이다.

광통신 시스템은 전기신호를 레이저를 이용, 빛으로 바꾼 다음 광케이블을 이용해 전송하고 다시 전기신호로 바꾸는 형태로 이뤄진다. 때문에 광통신의 성능은 레이저 반도체에 의해 결정된다.

현재 상용화된 광통신 시스템은 반도체 층을 5~10 나노미터의 두께로 얇게 만든 다음, 두께 방향으로의 전자의 움직임이 양자화되면서 레이저 빛을 내는 효과를 이용하고 있다.

층 형태의 반도체를 물방울 형태로 바꾼 것이 바로 나노 양자점. 나노 양자점은 한쪽 방향의 일차원적인 양자화 발광 현상을 3차원으로 확장, 우수한 발광현상을 갖는 것이 특징이다.

층형 반도체를 양자점으로 바꿀 경우 적은 에너지의 전기신호로도 우수한 레이저 빛을 만들 수 있고 부품의 크기도 줄일 수 있다.

정원국 교수는 갈륨비소계 화합물 반도체를 이용, 나노 양자점 물질을 개발하고 균일한 크기를 갖도록 성장시키는 방법을 연구했다.

정 교수는 갈륨비소 반도체 웨이퍼 위에서 스스로 나노양자점을 형성하는 물질 가운데 인듐비소에 소량의 질소를 첨가하면 성능이 우수한 나노 양자점을 대량 생산할 수 있다는 사실을 세계 최초로 발견했다.

이렇게 만들어진 나노 양자점은 특히 광통신에 사용되는 1,300나노미터 파장의 빛을 매우 효율적으로 만들어냈다.

실제 이 같은 성과를 얻은 곳은 전세계적으로 미국 등 선진국 2~3개 연구진과 다국적 기업에 불과하다.

정원국 교수는 "미국과 일본 등 선진국에서 인터넷을 고도화하는데 필요한 나노 양자점은 개발하기 위해 10년 이상 연구하고 있다"라며 "이번에 개발한 나노 양자점은 나노 양자점 레이저를 상용화하는데 한 단계 다가서는 성과"라고 말했다.

문병도기자