광양자태 레이저 집적 오메가(광메가) 칩

한국 포항공대, 야광 나노 잠자리 눈인 광양자태 레이저 집적 오메가(광메가) 칩 개발

포항공대 전자컴퓨터공학부의 전자전기공학과의 양자광정보연구소 2)의 권오대 교수 1) 연구팀은 나노 암페어(A)급의 극소전류로 구동되는 광(光)양자테 레이저(Photonic Quantum Ring Laser, PQR) 3)들을 수백만-수억 개를 집적할 수 있는 오메가(광메가) 칩(Optical-Mega Chip)을 개발했다고 2005년 9월 1일 밝혔다. 권 교수팀은 소리처럼 빛도 닫힌 공간에서 `광양자 울타리 효과'에 의해 레이저의 테두리에서 `광양자테 레이저'가 발생하며 이 레이저는 극소전류로 구동된다는 점을 발견, 이를 고집적해 오메가(광 메가) 칩을 개발했다.

오메가(optical-Mega) 칩은 100만개 이상의 레이저를 엄지손톱만한 크기의 칩에 집적시킨 것이다. 기존의 광반도체 칩보다 집적도를 1000배 이상 향상할 수 있어, 신호처리 성능도 1000배 이상 향상되므로, 차세대 광접속 기술에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대된다.

권 교수는 광양자 울타리 효과는 닫힌 공간에서 속삭이는 소리가 잘 들리는 `소리의 회랑효과'처럼 빛도 닫힌 공간에서 초저전류만으로 구동되는 `광양자테 레이저'를 얻을 수 있다고 설명했다. 광양자테 레이저는 빛을 내는 소자로 기존 발광소자보다 뛰어난 색감과 시야각을 갖고 있다. 또 기존 반도체 레이저와 달리 광양자테 레이저는 마이크로 또는 나노 암페어급 극소전류로 구동되며 뛰어난 온도 안정성을 갖고 있어 소자의 크기나 간격 등을 조정한 고집적 칩을 만들 수 있다. 권 교수팀은 이를 이용해 광양자테 레이저를 1만6000개(16K), 6만4000개(64K)를 집적한 데 이어 메가급(100만개)으로 집적도를 높인 오메가 칩을 개발했다고 밝혔다.

방위각 인식능력을 갖고 있어 야광 나노 잠자리 눈으로 불리는 오메가 칩은 주행 차량인식, 차선인식, 충돌방지 능력 등의 기술을 접목해 지능형 교통정보 시스템(ITS)에 활용될 수 있으며 물류 자동화에도 기여할 것으로 예상된다. 또 오메가칩은 전기소모량이 매우 낮아 기존 반도체 레이저와 발광다이오드(LED)를 대신해 조명, 도로교통 표지판, 휴대전화 등 활용범위가 매우 넓다고 권 교수는 밝혔다. 소형 오메가 레이저 칩은 기존 반도체 레이저는 물론, 발광다이오드 (LED) 광원의 구동 전류보다도 휠씬 낮은 문턱전류를 가지고 있어서, 초절전형 광원으로 자리 잡고 있다. 발광다이오드 시장은 2002년에는 약 34억 달러, 2005년에는 50억 달러로 연평균 11.3% 성장할 것으로 전망되며 모바일 뿐 아니라 조명, 도로교통 표지판까지 그 활용 범위가 크게 넓어지고 있다.

연구팀은 광양자테 레이저에 대한 원천기술을 확보하고 국내에서 특허등록을 마쳤으며 미국, 일본 등에서도 관련 기술에 대해 특허출원중이다. 권 교수는 "이번 기술 개발로 칩들 사이의 광정보 전달 능력을 향상시켜 지능형교통정보 시스템의 사용화 시기를 10여년 앞당겨 5년 이내면 가능할 것으로 전망한다"고 말했다

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1) http://www.postech.ac.kr/ee/light/
2) odkwon@postech.ac.kr, http://www.postech.ac.kr/ee/light/members/odkwon.html
3) http://www.postech.ac.kr/ee/light/act/PQR/pqr.html