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실리콘 위에서 직접 제조된 양자점....

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글쓴이 최고관리자 등록일 14-10-15 22:12
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    미국 국방고등연구청 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 운영하는 E-PHI(Electronic-Photonic Heterogeneous Integration) 프로그램의 과학자들이 비화인듐 재료로 이루어진 연속적인 층들을 직접 실리콘 웨이퍼 위에 증착함으로써 바로 광자회로의 부품이 될 수 있는 양자점 기반의 레이저를 만들었다. 이번 개발은 UCSB(University of California, Santa Barbara) 연구진이 달성한 것이다. 이 연구는 ‘Applied Physics Letters’ 최근호에 발표되었다. 
    잘 알려져 있듯이, 실리콘 기반 광자회로에서 비이득 부분들, 즉 도파로와 분할기 등은 제조하기가 간단하며, 전통적인 CMOS 공정 내에서 제조될 수 있다. 하지만 온칩 광원은 이야기가 다른데, 그 이유는 실리콘 자체가 레이저로 만들기가 매우 힘들기 때문이다. 전통적인 접근방식으로는 III-V족 반도체 레이저들을 별도로 제조한 뒤에 실리콘 웨이퍼 위에 정밀하게 배치하여 접속시키는 것인데, 이것은 시간을 많이 소비하고 몹시 까다로운 과정이다. 이번에 개발된 새로운 방식은 접속의 필요성을 제거함으로써 크기, 무게, 전력 및 패키징과 조립 비용이 결정적으로 중요한 다양한 군수품 분야와 일반 전자제품에 응용될 수 있다. 
    UCSB 연구팀은 비화인듐 재료와 실리콘의 격자 부정합(lattice mismatch)을 극복함으로써, 실리콘 위에 성장된 레이저가 원래 기판 위에서 성장된 레이저에 필적하는 성능을 발휘한다는 것을 입증했다. 이러한 결과는 광증폭기, 변조기 및 검출기와 같은 다른 광전자 부품들을 개발하기 위한 토대의 역할을 할 것이다. 

    DARPA는 하나의 실리콘 마이크로칩 위에서 칩 규모의 광자 마이크로시스템들을 고속 전자부품들과 직접 통합한다는 목표로 2011년에 E-PHI 프로그램을 시작했다. 다양한 마이크로시스템 장치들에 의존하는 레이더, 통신, 영상 및 감지 시스템을 포함하는 방위 시스템들은 모두 웨이퍼 접속을 할 필요가 없이 제조될 수 있는 광자회로로의 이전을 통해 이득을 볼 수 있다. 현재 E-PHI 프로그램에 참여하고 있는 주요 팀들은 오리언(Aurrion, Inc.), MIT, UC버클리, UC샌디에이고 등이다.

    * 그림 : 왼쪽 그림은 실리콘 기판 위에 모놀리식으로 집적된 비화갈륨/알루미늄갈륨비화물 양자점 레이저이고, 오른쪽 그림은 양자점을 자세히 설명하는 광학 마이크로그래프이다

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