세계 최초 연속

나고야 대학 2022년 11월 24일

연구원들은 원자외선 레이저 다이오드의 세계 최초의 실온 연속파 레이저 발사를 성공적으로 수행했습니다. 출처: 2022 Asahi Kasei Corp. 및 나고야 대학

Scientists have successfully conducted the world's first room-temperature continuous-wave lasing of a deep-ultraviolet laser diode (wavelengths down to UV-C region). These results represent a step toward the widespread use of a technology with the potential for a wide range of applications, including sterilization and medicine. Published today (November 24) in the jorunal Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Applied Physics Letters, the study was conducted by a research group led by 2014 Nobel laureate Hiroshi Amano at Nagoya UniversityNagoya University, sometimes abbreviated as NU, is a Japanese national research university located in Chikusa-ku, Nagoya. It was the seventh Imperial University in Japan, one of the first five Designated National University and selected as a Top Type university of Top Global University Project by the Japanese government. It is one of the highest ranked higher education institutions in Japan." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">일본 중부에 위치한 나고야 대학의 지속 가능성을 위한 재료 및 시스템 연구소(IMaSS)는 Asahi Kasei Corporation과 협력하여

1960년대에 도입된 이후 수십 년간의 연구 개발 끝에 레이저 다이오드(LD)의 성공적인 상용화가 마침내 적외선에서 청자색에 이르는 다양한 파장의 응용 분야에서 달성되었습니다. 이 기술의 예로는 적외선 LD를 사용한 광통신 장치, 청자색 LD를 사용한 블루레이 디스크 등이 있습니다. 그러나 전 세계 연구그룹의 노력에도 불구하고 누구도 심자외선 LD를 개발하지 못했습니다. 중요한 돌파구는 2007년 이후에야 UV 발광 장치용 질화알루미늄 갈륨(AlGaN) 필름 성장에 이상적인 재료인 질화알루미늄(AlN) 기판을 제조하는 기술이 등장하면서 일어났습니다.

세계 최초로 과학자들이 실온에서 원자외선 레이저 다이오드의 연속파 레이저를 시연했습니다. 크레딧: Issey Takahashi

아마노 교수 연구팀은 2인치 AlN 기판 공급업체인 아사히카세이(Asahi Kasei)와 협력하여 2017년부터 원자외선 LD 개발에 착수했습니다. 처음에는 소자에 전류를 충분히 주입하는 것이 너무 어려워 UV-C 레이저 다이오드의 추가 개발이 어려웠습니다. 그러나 2019년 연구팀은 분극 유도 도핑 기술을 이용해 이 문제를 성공적으로 해결했다. 그들은 처음으로 짧은 전류 펄스로 작동하는 단파장 자외선-가시선(UV-C) LD를 생산했습니다. 그러나 이러한 전류 펄스에 필요한 입력 전력은 5.2W였습니다. 이는 연속파 레이저 발생에 비해 너무 높았습니다. 전력으로 인해 다이오드가 빠르게 가열되어 레이저 발생이 중단되기 때문입니다.

그러나 이제 나고야 대학과 아사히 카세이(Asahi Kasei) 연구진은 장치 자체의 구조를 재구성하여 레이저가 실온에서 단 1.1W로 작동하는 데 필요한 구동 전력을 줄였습니다. 이전 장치는 레이저 스트라이프에서 발생하는 결정 결함으로 인해 효과적인 전류 경로가 불가능하기 때문에 높은 수준의 작동 전력이 필요한 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 이번 연구에서 연구자들은 강한 결정 변형이 이러한 결함을 생성한다는 것을 발견했습니다. 레이저 스트라이프의 측벽을 교묘하게 조정하여 결함을 억제하고 레이저 다이오드의 활성 영역으로 효율적인 전류 흐름을 달성하고 작동 전력을 줄였습니다.