방향성을 가진 빛이 양자점으로부터 방출되고 있다.© News1

한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 반도체 피라미드 구조의 양자점이 피라미드 밑면으로 강한 빛을 방출함을 발견하고 이 빛을 높은 효율로 모을 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

일반적인 양자점은 불규칙적인 위치에 형성되는 반면 3차원 피라미드 구조에 얇게 양자우물(Quantum well)을 성장시키면 정확히 피라미드 꼭짓점 위치에 양자점(Quantum dot)을 형성할 수 있다. 이를 통해 위치가 제어된 단일광자원을 높은 수율로 얻을 수 있다.

그러나 양자점에서 나오는 빛은 빛 알갱이 개수가 적고, 양자점이 굴절률 높은 반도체 물질에 갇혀 있기 때문에 일반적으로 구조 바깥으로 빠져나오기 어렵다.

이 때문에 반도체 단일광자원 소자가 상용화 단계로 나아가려면 빛의 집광 효율을 높여야 한다.  이를 위해 연구진은 폴리머를 이용해 피라미드 구조체를 기판에서 떼어냈다.

피라미드의 밑면으로 나오는 빛이 두꺼운 반도체 기판을 거치지 않고 공기 중으로 직접 방출되도록 한 것.

연구진이 떼어낸 피라미드는 쉽게 다른 광학 소자들과 직접 결합할 수 있어 피라미드 양자점의 응용분야가 확대될 수 있는 발판이 될 것으로 기대된다.

조 교수는 “이번 연구 내용은 양자 광원 뿐 아니라 LED와 같은 광원 소자에도 적용 가능해 활용도가 높을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 김세정, 공수현 박사가 공동 1저자로 참여한 가운데 수행됐다.

이번 연구 결과는 나노분야 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 10월12일자에 게재됐다.


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