다파장 양자우물 나노와이어 어레이 마이크로

Jun 03, 2023

2023년 8월 28일

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작성자: Compuscript Ltd

프로세서의 코어 수가 계속 증가함에 따라 이를 모두 함께 연결하는 과제도 늘어나고 있습니다. 기존 전기 네트워크는 대기 시간, 제한된 대역폭, 높은 전력 소비로 인해 부족합니다. 연구자들은 오랫동안 더 나은 대안을 모색해 왔으며 온칩 나노포토닉 시스템은 전통적인 전기 네트워크를 대체할 유망한 대안으로 떠올랐습니다.

온칩 광 네트워크는 데이터 전송에 빛을 활용하므로 전기 신호에 비해 큰 이점을 제공합니다. 전기보다 빠른 빛은 다중화 기술을 통해 더 많은 양의 데이터를 전달할 수 있습니다. 온칩 광 네트워크의 핵심은 마이크로/나노 규모 레이저 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 소형화된 광원입니다. 그러나 마이크로/나노 LED에 대한 대부분의 개발은 가시광선 파장의 III 질화물 재료 시스템을 기반으로 합니다.

Li-Fi 기술, 광자 집적 회로(PIC) 및 생물학적 응용 분야의 향후 개발에 없어서는 안될 통신 파장의 고속 적외선 마이크로 LED에 대한 보고서는 제한적이었습니다.

에피택셜 성장 In(Ga)As(P)/InP 나노와이어는 넓은 밴드갭 조정 가능성으로 인해 단일 에피택셜 성장을 통해 단일 칩에 다중 파장 광원의 모놀리식 통합이 가능하므로 통신 파장 범위에서 소형화된 LED 및 레이저에 대한 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 파장 분할 다중화 및 다중 입력 다중 출력 기술을 통해 데이터 전송 용량을 높일 수 있습니다.

Opto-Electronic Science에 게재된 새로운 기사의 저자는 매우 균일한 핀 코어-쉘 InGaAs/InP 단일 양자 우물(QW) 나노와이어 어레이 LED의 선택 영역 성장 및 제조를 보여줍니다. 그림 1(a, b)는 단일 나노와이어의 QW LED 구조의 개략도와 매우 균일한 형태를 갖는 나노와이어 어레이의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 각각 보여줍니다.

반경 방향의 상세한 QW 구조는 그림 1 (c)의 고각 환형 암시야 주사 투과 전자 현미경 (HAADF-STEM) 이미지에 의해 추가로 드러납니다. QW의 재료 구성을 조사하기 위해 그림 1(d)의 에너지 분산형 X선 분광학 분석도 수행되었으며, 이는 InGaAs QW 영역이 InP 장벽 영역에 비해 갈륨 및 비소가 풍부하다는 것을 명확하게 보여줍니다.

QW 나노와이어 LED는 그림 2(c, d)에 표시된 것처럼 통신 파장(1.35~1.6μm)을 포괄하는 강한 바이어스 의존형 전기발광(EL)을 나타냈습니다. 방사형 QW에서 발생하는 ~1.5μm의 장파장 피크와 축방향 및 방사형의 결합된 방출로 인해 ~1.35μm의 단파장 피크를 포함하여 그림 2(d)에 표시된 스펙트럼에서 두 개의 눈에 띄는 EL 피크를 식별할 수 있습니다. QW. 두 개의 EL 피크가 존재하기 때문에 EL 스펙트럼의 최대 절반 폭은 약 286 nm에 도달할 수 있으며 이는 광간섭 단층 촬영 및 바이오 감지 응용 분야에 대한 큰 가능성을 보여줍니다. 바이어스가 증가하면 큰 캐리어 주입이 두 QW의 에너지 밴드를 채워 방출 스펙트럼이 넓어지고 피크 파장이 이동합니다.

QW 나노와이어 어레이의 다중 파장 조정 가능성은 동일한 기판에서 서로 다른 피치 크기(즉, 어레이에서 인접한 나노와이어 사이의 중심 간 거리)를 갖는 나노와이어 어레이의 모놀리식 성장을 통해 추가로 입증되었습니다. 그림 3(a)는 다양한 피치 크기를 갖는 나노와이어 어레이에서 수집된 대표적인 광발광(PL) 스펙트럼을 보여주며, 증가된 QW 두께 또는 QW에 인듐 통합으로 인해 더 큰 피치 나노와이어 어레이에서 더 긴 파장의 PL 방출을 보여줍니다.