최근 절강대학교/하이닝 국제 합작대학 광전자 공학부 David Di 교수, Zou Chen 연구원, Zhao Baodan 교수 팀이 세계 최초의 전기 구동 페로브스카이트 레이저를 개발했습니다. 이는 두 개의 광학 미세공동을 포함하는 "이중-공동" 레이저입니다. 이는 낮은-임계값 페로브스카이트 단일-결정 미세공동 서브유닛과 고전력 미세공동 페로브스카이트 LED 서브유닛을 동일한 장치에 통합하여 수직으로 적층된 다-층 구조를 형성합니다.
이 새로운 반도체 레이저는 빛을 방출하기 위해 92A/cm²의 최소 전류(임계 전류)가 필요하며 이는 최고의 유기 반도체 레이저보다 한 단계 낮은 수준입니다. 또한 탁월한 안정성을 보이고 36.2MHz의 대역폭에서 빠른 변조가 가능하므로 온칩 데이터 전송, 컴퓨팅 및 생물의학 분야의 애플리케이션에 유망한 후보입니다. 해당 연구 논문은 *Nature* 8월 27일자에 게재되었습니다.
레이저의 종류는 매우 다양하며, 현재 페로브스카이트 반도체, 유기반도체, 양자점 등 새로운 레이저 소재가 상당한 장점을 보이고 있다. 이러한 재료 중에서 페로브스카이트 반도체는 조정 가능한 방출 스펙트럼(다양한 색상을 생성할 수 있음)과 광학 펌핑(즉, 광{3}}구동) 조건에서 매우 낮은 레이저 방출 임계값으로 인해 탁월한 기술적 가능성을 보유하고 있습니다.
그러나 전기 구동 페로브스카이트 레이저의 개발은 오랫동안 페로브스카이트 광전자공학 분야에서 가장 큰 과제였으며 전 세계 수많은 연구팀이 추구하는 공통 목표로 남아 있습니다.
"전기 구동 레이저 방출을 달성하기 위해 우리는 통합 이중-공동 구조를 발명했습니다. 우리의 접근 방식에는 단일 장치 내에 고전력 미세공동 페로브스카이트 LED 하위 장치와 고품질-품질의-결정 페로브스카이트 미세공동 하위 장치를 콤팩트하게 통합하는 것이 포함됩니다."라고 해당 논문의 교신 저자인 David Di는 설명했습니다. 이 장치는 전기 여기 하에서 미세공동 페로브스카이트 LED에 의해 생성된 많은 수의 광자를 두 번째 미세공동으로 효율적으로 결합하여 단결정 페로브스카이트 이득 매질을 여기시켜 레이저 광을 생성합니다.
"통합 전기 구동 작동 원리는 그 자체로는 복잡하지 않지만 레이저 제조를 시작했을 때 여전히 많은 어려움에 직면했습니다."라고 해당 논문의 교신 저자인 Zou Chen이 말했습니다. 팀이 각 장애물을 하나씩 극복하면서 오랫동안 기다려온-레이저 스펙트럼을 처음으로 전기 구동 방식으로 관찰했을 때 말로 표현할 수 없는 기쁨과 설렘이 솟아올랐습니다.
