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양자상자 스택레이저발진

전문가 제언: ○ 반도체결정 가운데 있는 자유전자나 홀 캐리어를 해태로 구조를 사용해서 미세한 3차원 영역에 가두면 양자역학적인 성질이 현저히 나타난다. 이러한 미세구조를 양자상자(quantum box or dot)라고 부른다. 양자상자 중의 캐리어는 3차원 전 방향에 대한 운동이 제한되어 자유도가 없다. 양자구조를 작성하는 에피택시성장은 우리에게도 익숙하다.

○ 양자상자에 있는 전자는 마치 원자 내에 있는 전자와 같이 운동에너지가 완전히 흐트러진 값을 취하는 특징이 있다. 에너지준위가 흐트러진 정도를 양자 크기효과로 나타낸다. 양자스택(stack)구조의 종류에 따라 양자우물(well), 양자세선(wire), 양자상자(box or dot)라는 개념을 도입하여 에너지 밀도상태를 나타내고 있다.

○ 벌크결정의 에너지상태 밀도하수 ρ(E)는 포물선형(ρ∝E1/2)이다. 양자를 우물, 세선, 상자 등에 가두면 캐리어의 운동자유도가 감소함에 따라 ρ(E)의 형상은 우물에서 계단형, 세선에서 톱이형, 상자에서 델타함수형으로 변한다. 반도체물성의 대부분은 ρ(E)에 의존한다. 구조를 미세화해서 반도체의 광학 및 전기적 성질을 인위적으로 작성한다.

○ 특히 양자상자에는 ρ(E)이 완전히 흐트러지기 때문에 벌크결정이나 양자우물과는 다른 물성을 나타낸다. 양자상자를 반도체디바이스에 응용하면 종래의 디바이스 특성을 크게 개선 할 수 있을 것으로 본다. 가령 양자상자를 반도체레이저의 활성 층에 적용할 경우 양자우물형 레이저에 비하여 발진 스펙트럼의 반치 폭이 좁아진다.

○ 양자상자에는 발진에 필요한 전류밀도의 한계 값이 크게 낮아진다. 한계 값은 소자온도의 변화를 줄이기 때문에 유용한 소자특성으로 오래전부터 이론적으로 예측되어 왔다. 지금도 양자상자를 사용한 새로운 동작원리를 응용한 디바이스가 계속 보고되고 있다. 문제는 양자상자의 에너지준위 이산현상이 실온에서도 관찰되어야 한다.

저자: Botez, Dan
자료유형: 특허정보