나노기술 KIST 최헌진 박사·University of California 연구팀 나노크기 청색레이저 개발 과학지 Nature Materials에 논문 발표, GaN 나노와이어에서 광학적으로 추출하는데 성공 DVD·CD에 고집적으로 정보입력 가능, 극소형 발광 및 메모리 소자 개발에 활용 기대 미국 Berkeley의 University of California를 방문 연구중인 한국과학기술연구원 최헌진 공학박사는 최근 Peidong Yang 교수 등으로 이루어진 연구팀과 공동으로 나노크기 청색레이저를 개발했다. 이번 연구결과는 과학 학술지인 Nature Materials 10월호에 게재되었으며 연구개발 뉴스도 다수의 과학관련 잡지에 게재되었다. 청색레이저는 파장이 짧아 DVD나 CD에 적색레이저보다 훨씬 고집적으로, 4배이상 정보를 입력할 수 있지만 90년대 초반까지 청색레이저를 구현할 수 있는 재료의 발견이 이루어지지 않았을 뿐 아니라 나노크기의 반도체에서 구현하기가 어려웠다고 한다. 90년대 초 일본 투크시마의 슈지 나카무라가 GaN을 이용하여 최초로 청색 LED를 개발하여 디지털 저장 장비에 충격을 가져올 정도로 청색 LED의 개발은 적색이나 녹색에 비해 개발이 늦어졌다. 이번에 최헌진 박사팀이 개발한 나노 청색레이저도 GaN 나노와이어에서 광학적으로 추출한 것이다. GaN은 넓은 띠 간격을 가지고 있어 고전압 장비에 높은 주파수의 청색빛을 발생시키는 것이 가능하긴 하지만 다수의 결정결함을 가지고 있기 때문에 다루기가 매우 어려운 재료인 것으로 알려졌다. 따라서 그 동안 많은 연구원들이 GaN 필름과 미소동공에서 광학적으로 추출된 레이저를 관찰해 왔지만 얇은 필름의 제조와 나노 구조에 대해 증명하는데 많은 어려움을 겪어왔다고 한다. 최헌진 박사팀은 이번에 30~150nm사이의 지름을 갖고 250：1 보다 더 큰 장단축 비를 가지는 GaN의 미소구조 선을 성장시켰다. 그 다음으로 펌프레이저에 의한 모의 실험에서 근거리 및 원거리 음장의 광학현미경을 사용하여 GaN나노와이어로부터 레이저를 출력하는데 성공했다. 이 연구팀은 이전에도 ZnO의 나노와이어에서 광학적으로 추출된 레이저를 관찰한 바 있다. 그러나 GaN은 ZnO와는 달리 도핑되어 전자전도체(n-type) 또는 정공전도체(p-type)로 변할 수 있다. 이러한 도핑으로 p-n접합 다이오드와 같은 장비로 개발된다고 한다. 연구팀의 Peidong Yang교수는 “이번 연구는 ZnO나노와이어 레이저에 이은 것이며 GaN 장비는 전형적으로 100nm지역에서 교차점을 가지고, 이전의 장비는 모두 2차원인 반면 이 나노와이어 레이저는 1차원”이라고 밝혔다. 한편 이번에 개발된 청색 레이저는 광기억소자의 용량을 증대시키는 것은 물론 광소자를 극소화시키는 데 이용될 수 있다고 한다. 또한 이번 기술 개발은 극소형 발광 및 메모리 소자 개발에도 활용이 가능하며, GaN나노소재는 고전력, 고온 나노전자소자와 차세대 소자로 각광받고 있는 전자와 자기 특성을 동시에 이용하는 스핀트로닉스 나노 소자 개발에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 연구팀은 이번 개발에 이은 다음 단계는 전자-주사된 레이저가 될 것이라고 밝히고 있다. 朴美善 기자