반도체 레이저
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1. 개요
반도체 레이저는 전기적으로 PIN 다이오드와 유사한 구조를 가지며, 빛을 증폭하여 방출하는 레이저의 일종이다. 1962년 로버트 N. 홀 등이 이끄는 제너럴 일렉트릭 팀과 마셜 네이선이 이끄는 IBM 팀에 의해 처음으로 결맞는 빛 방출이 증명되었다. 이중 이종구조, 양자 우물, 양자 캐스케이드 등의 다양한 종류가 있으며, 통신, 광 저장 장치, 의료, 산업 등 다양한 분야에 응용된다. LED와 유사하게 반도체 PN 접합을 이용해 발광하지만, 레이저 발진 조건을 충족하여 결맞는 빛을 생성하는 차이점이 있다.
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| 반도체 레이저 | |
|---|---|
| 레이저 다이오드 | |
 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 반도체, 발광 다이오드 |
| 작동 원리 | 반도체, 캐리어 생성 및 재결합 |
| 발명자 | 로버트 N. 홀, 1962년; 닉 홀로니악, 1962년 |
| 단자 | 애노드 및 캐소드 |
| 참고 | |
| IUPAC 명칭 | 다이오드 레이저 |
2. 이론
반도체 레이저는 전기적으로 PIN 다이오드와 유사하다. 활성 영역은 본질 영역(I)에 위치하며, 전하 캐리어(전자와 정공)는 N 영역과 P 영역에서 이 영역으로 주입된다. 초기 레이저 다이오드는 단순한 P-N 다이오드에서 연구되었지만, 현대 레이저는 전하 캐리어와 광자를 제한하여 재결합 및 발광 가능성을 극대화하는 이중 이종구조 구현 방식을 사용한다. 일반 다이오드와 달리 레이저 다이오드의 목표는 I 영역의 모든 캐리어를 재결합시켜 빛을 생성하는 것이며, 이를 위해 직접 밴드갭 반도체를 사용한다.[1]
광 펌핑을 사용하는 방식도 존재한다. 광 펌핑 반도체 레이저(OPSL)는 III-V족 반도체 칩을 이득 매질로 사용하고, 다른 레이저(종종 다른 다이오드 레이저)를 펌프 광원으로 사용한다. OPSL은 파장 선택 및 빔 매개변수 안정성 측면에서 장점을 가진다.[2][3][4]
전자와 정공이 같은 영역에 존재할 때, 이들은 재결합하여 자발 방출을 생성할 수 있다. 즉, 전자가 정공의 에너지 상태를 다시 점유하고, 전자의 원래 상태와 정공의 상태 사이의 차이와 같은 에너지를 가진 광자를 방출한다. 레이저 발진 임계값 이하의 자발 방출은 LED와 유사한 특성을 생성한다. 자발 방출은 레이저 발진을 시작하는 데 필요하지만, 레이저가 발진된 후에는 비효율의 원인이 된다.
광자 방출을 위해서는 직접 밴드갭 반도체를 사용해야 한다. 실리콘과 게르마늄은 밴드갭 특성 때문에 광자 방출에 적합하지 않다. 반면, 갈륨 비소, 인듐 인화물, 갈륨 안티몬, 갈륨 질화물 등은 빛을 방출하는 접합 다이오드를 만드는 데 사용되는 화합물 반도체 재료이다.
유도 방출은 재결합 에너지와 같은 에너지를 가진 광자에 의해 발생하며, 이 과정에서 동일한 주파수, 편광, 위상을 가진 또 다른 광자가 생성되어 빛이 증폭된다. 직접 천이형 반도체에서 간접 천이형 반도체보다 유도 방출 과정이 훨씬 효율적이므로, 실리콘은 레이저 다이오드에 일반적으로 사용되지 않는다.
반도체 레이저의 이득 영역은 광 공진기로 둘러싸여 있다. 가장 단순한 형태는 파브리-페로 공진기이며, 결정의 양 끝을 절단하여 완벽하게 매끄럽고 평행한 가장자리를 형성한다. 광 공진기의 기하학적 구조에 따라 레이저는 다중 모드 또는 단일 모드로 작동할 수 있다. 단일 공간 모드 레이저는 광 저장, 레이저 포인터 등에 사용된다. 단일 주파수 다이오드 레이저는 높은 안정성을 가지며, 분광법 및 계측법 등에 사용된다.
회절로 인해 칩을 나온 후 빔이 발산되므로, 콜리메이트 빔을 형성하기 위해 렌즈를 사용한다. 단일 공간 모드 레이저의 경우, 렌즈를 사용하면 수직 및 수평 발산의 차이로 인해 콜리메이트된 빔의 모양이 타원형이 된다.
3. 역사
1960년대 초, M.G. 버나드, G. 두라포르그, 윌리엄 P. 덤크의 이론적 연구에 이어, 갈륨 비소(GaAs) 반도체 다이오드(레이저 다이오드)에서의 결맞는 빛 방출이 1962년 두 개의 미국 연구팀에 의해 증명되었다. 하나는 제너럴 일렉트릭 연구 센터의 로버트 N. 홀(Robert N. Hall)이 이끄는 팀이고, 다른 하나는 IBM T.J. 왓슨 연구 센터의 마셜 네이선이 이끄는 팀이었다.[5][6] IBM과 GE 중 어느 쪽이 최초의 레이저 다이오드를 발명했는지에 대한 논쟁이 있었는데, 이는 주로 뉴욕주 요크타운 하이츠에 있는 IBM 키차완 연구소(현재 토마스 J. 왓슨 연구 센터)의 윌리엄 P. 덤크의 이론적 연구에 기반한 것이다.[7] 일반 전기 팀이 연구 결과를 먼저 제출하고 다이오드에 대한 공진 공동을 만드는 등 더 나아갔기 때문에 우선권은 일반 전기 팀에 주어졌다.[7] 초기에는 MIT의 벤 락스를 포함한 다른 주요 물리학자들이 실리콘이나 게르마늄을 사용하여 레이저 효과를 만들 수 있다고 추측했지만, 이론적 분석을 통해 윌리엄 P. 덤크는 이러한 재료는 작동하지 않을 것이라고 확신했다. 대신 그는 갈륨 비소를 적합한 후보로 제시했다. 최초의 가시광선 파장 레이저 다이오드는 1962년 후반 닉 홀로냔 주니어(Nick Holonyak, Jr.)에 의해 갈륨 비소 인화물을 사용하여 시연되었다.[8]
MIT 링컨 연구소(MIT Lincoln Laboratory), 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments), RCA 연구소(RCA Laboratories)의 다른 연구팀들도 1962년 이후 반도체 다이오드에서의 효율적인 발광 및 레이저 작동에 대한 역사적인 초기 시연에 참여했으며 공로를 인정받았다. GaAs 레이저는 1963년 초 소비에트 연방에서도 니콜라이 바소프(Nikolay Basov)가 이끄는 팀에 의해 생산되었다.[9]
1960년대 초, RCA 연구소의 허버트 넬슨은 액상 에피택시(LPE)를 발명했다. 다양한 조성의 최고 품질의 결정을 적층함으로써 수년 동안 최고 품질의 이종접합 반도체 레이저 재료의 시연을 가능하게 했다. LPE는 전 세계의 모든 주요 연구소에서 채택되었고 수년 동안 사용되었다. 1970년대에 분자선 에피택시와 유기금속 화학 기상 증착에 의해 대체되었다.
당시의 다이오드 레이저는 77K 온도에서 1000 A/cm2의 문턱 전류 밀도로 작동했다. 이러한 성능을 통해 초기 단계에서 연속 레이저 작동을 시연할 수 있었다. 그러나 약 300K인 상온에서 작동할 때 최고의 장치에서 문턱 전류 밀도는 두 자릿수 더 크거나 100,000 A/cm2였다. 1960년대 후반의 주요 과제는 300K에서 낮은 문턱 전류 밀도를 얻고, 그에 따라 다이오드 레이저에서 상온에서 연속파 레이저 작동을 시연하는 것이었다.
최초의 다이오드 레이저는 동종 접합 다이오드였다. 즉, 도파관 코어층과 주변 클래드층의 재료(따라서 밴드갭)가 동일했다. 알루미늄 갈륨 비소(Aluminium gallium arsenide)를 사용하는 액상 에피택시를 통해 이종접합을 도입할 수 있는 기회가 있다는 것을 인식했다. 이종구조는 밴드갭과 굴절률이 다른 반도체 결정층으로 구성된다. 1950년대 중반 RCA 연구소에서 근무하던 허버트 크뢰머(Herbert Kroemer)는 이종접합(이종구조로 형성됨)이 다이오드 레이저를 포함한 여러 유형의 전자 및 광전자 장치에 고유한 장점을 가지고 있음을 인식했다. LPE는 이종접합 다이오드 레이저를 만드는 기술을 제공했다. 1963년 그는 이중 이종구조 레이저를 제안했다.
최초의 이종접합 다이오드 레이저는 단일 이종접합 레이저였다. 이 레이저는 기판 위에 LPE에 의해 성장한 n형 갈륨 비소 층 위에 위치한 알루미늄 갈륨 비소 p형 인젝터를 사용했다. 알루미늄의 혼합물이 반도체 결정에서 갈륨을 대체하여 아래 n형 층보다 p형 인젝터의 밴드갭을 높였다. 그것은 작동했고, 300K 문턱 전류는 10,000 A/cm2로 10배 감소했다. 불행히도 이것은 여전히 필요한 범위가 아니었고, 이러한 단일 이종구조 다이오드 레이저는 상온에서 연속파 작동으로 작동하지 않았다.
상온 과제를 해결한 혁신은 이중 이종구조 레이저였다. 요령은 LPE 장치에서 웨이퍼를 알루미늄 갈륨 비소(p형 및 n형)의 다른 용융물과 갈륨 비소의 세 번째 용융물 사이로 빠르게 이동하는 것이었다. 갈륨 비소 코어 영역의 두께가 1μm 미만이어야 했기 때문에 빠르게 수행해야 했다. 연속파 작동을 달성한 최초의 레이저 다이오드는 1970년 조레스 알페로프(Zhores Alferov)와 그의 동료들(드미트리 Z. 가르부조프(Dmitri Z. Garbuzov) 포함)(소비에트 연방) 및 미국에서 일하는 모턴 패니쉬(Morton Panish)와 이즈오 하야시(Izuo Hayashi)에 의해 거의 동시에 시연된 이중 이종구조였다. 그러나 알페로프와 그의 팀이 먼저 이정표에 도달했다는 것이 널리 받아들여지고 있다.[10]
그들의 업적과 동료들의 업적으로 알페로프와 크뢰머는 2000년 노벨 물리학상을 공유했다.연도 사건 1953년 독일의 폰 노이만(von Neumann)이 반도체 레이저 아이디어 발표. 1957년 도호쿠 대학(東北大学)의 와타나베 야스시(渡邊寧), 니시자와 준이치(西澤潤一)가 반도체 레이저 특허 출원. 고든 굴드(Gordon Gould)가 레이저라는 단어를 연구 노트에 기록.[33] 1958년 벨 연구소의 아서 쇼클리(Arthur Schawlow)와 찰스 타운스(Charles Townes)가 레이저 특허 출원.[33] 1960년 미국 특허청, 쇼클리와 타운스에게 레이저 특허 부여. 1962년 GE, IBM, MIT 공동 연구로 반도체 레이저 저온 펄스 발진 성공. 닉 홀로니악(Nick Holonyak)이 가시광선 반도체 레이저 발진 성공. 1963년 허버트 크뢰머(Herbert Kroemer), 헤테로접합 레이저 저역치화 제안. 1970년 벨 연구소의 하야시 이사오(林厳雄), M. B. Panish, 소련 과학 아카데미 조레스 알페로프(Жорес Алфёров) 등이 AlGaAs/GaAs 이중 이종접합 구조 반도체 레이저 상온 연속 발진 성공. 1975년 분포 귀환형(DFB) 레이저 및 분포 반사형(DBR) 레이저 제안. 1977년 이가 켄이치(伊賀健一)가 "VCSEL" 제안 및 최초 디바이스 개발. 1982년 아라카와 야스히코(荒川泰彦), 사카키 유키오(榊裕之) 등이 양자점 레이저 제안. 1987년 굴드에게 "반전 분포 생성을 위해 충돌을 채택한 광 증폭" 특허 부여. 1994년 미국 벨 연구소에서 캐스케이드 레이저 발명. 1996년 니치아 화학공업(日亜化学工業)의 나카무라 슈지(中村修二)가 InGaN/GaN 청색 반도체 레이저 상온 펄스 발진 성공. 2000년 허버트 크뢰머(Herbert Kroemer), 조레스 알페로프(Жорес Алфёров) 노벨 물리학상 수상.
4. 종류
레이저 다이오드는 전기적으로 PIN 다이오드이다. 레이저 다이오드의 활성 영역은 본질 영역(I)에 있으며, 전자와 정공은 각각 N 영역과 P 영역에서 이 영역으로 주입된다. 모든 현대 레이저는 전하 캐리어와 광자를 제한하여 재결합 및 발광 가능성을 극대화하는 이중 이종구조 구현 방식을 사용한다. 레이저 다이오드는 직접 밴드갭 반도체를 사용하여 제작된다. 활성층은 대부분 양자 우물로 구성되며, 이는 더 낮은 문턱 전류와 더 높은 효율을 제공한다.[1]
광자를 방출하는 반도체 레이저와 포논을 방출하는(비발광) 반도체 접합 다이오드의 차이는 사용되는 반도체의 종류에 있다. 광자 방출이 가능하도록 물리적 및 원자 구조를 가진 반도체는 "직접 밴드갭" 반도체이다. 갈륨 비소, 인듐 인화물, 갈륨 안티몬, 갈륨 질화물은 모두 빛을 방출하는 접합 다이오드를 만드는 데 사용할 수 있는 화합물 반도체 재료이다.
유도 방출 조건이 없는 경우, 전자와 정공은 "상태 수명" 또는 "재결합 시간"(일반적인 다이오드 레이저 재료의 경우 약 1나노초)동안 재결합하지 않고 서로 인접하게 공존할 수 있다. 재결합 에너지와 같은 에너지를 가진 근처 광자는 유도 방출을 통해 재결합을 일으킬 수 있다. 이는 첫 번째 광자와 같은 주파수, 편광 및 위상을 가진 또 다른 광자를 생성하며, 첫 번째 광자와 같은 방향으로 이동한다. 직접 천이형 반도체에서 간접 천이형 반도체보다 훨씬 효율적이다. 따라서 실리콘은 레이저 다이오드에 일반적으로 사용되는 재료가 아니다.
다른 레이저와 마찬가지로, 반도체 레이저에서도 이득 영역은 레이저를 형성하기 위해 광 공진기로 둘러싸여 있다. 가장 단순한 형태의 레이저 다이오드에서는 광 도파관이 결정 표면에 만들어져 빛이 비교적 좁은 선으로 제한된다. 결정의 양 끝은 완벽하게 매끄럽고 평행한 가장자리를 형성하도록 절단되어 파브리-페로 공진기를 형성한다. 도파관의 모드로 방출된 광자는 도파관을 따라 이동하고 나가기 전에 각 끝면에서 여러 번 반사된다. 빛 파동이 공진기를 통과할 때 유도 방출에 의해 증폭되지만, 빛은 흡수와 끝면에서의 불완전한 반사로 인해 손실되기도 한다. 최종적으로, 손실보다 증폭이 더 크면 다이오드는 ''레이징''을 시작한다.
낮은 띠 간격 물질층이 두 개의 높은 띠 간격 층 사이에 끼워져 있는 구조이다. 일반적으로 사용되는 물질 쌍으로는 갈륨 비소(GaAs)와 알루미늄 갈륨 비소(AlxGa(1-x)As)가 있다. 서로 다른 띠 간격 물질 사이의 각 접합은 ''이종 구조''라고 하며, 따라서 ''이중 이종 구조''(DH) 레이저라는 이름이 붙는다.
DH 레이저의 장점은 자유 전자와 정공이 동시에 존재하는 영역, 즉 활성 영역이 얇은 중간 층으로 제한된다는 것이다. 이는 더 많은 전자-정공 쌍이 증폭에 기여할 수 있음을 의미한다. 또한, 빛은 이종 접합 내부에서 반사된다. 따라서 빛은 증폭이 일어나는 영역에 국한된다.
중간 층을 충분히 얇게 만들면 양자 우물 역할을 한다. 이는 전자의 파동 함수의 수직 변화, 따라서 에너지의 한 성분이 양자화됨을 의미한다. 양자 우물 레이저의 효율은 양자 우물 시스템에서 전자의 상태 밀도 함수가 레이저 작동에 기여하는 에너지 상태에 전자를 집중시키는 급격한 가장자리를 가지고 있기 때문에 벌크 레이저보다 높다.
하나 이상의 양자 우물 층을 포함하는 레이저는 ''다중 양자 우물'' 레이저로 알려져 있다. 다중 양자 우물은 이득 영역과 광 도파관 모드의 중첩을 향상시킨다.
양자 캐스케이드 레이저에서는 밴드갭 대신 양자 우물 에너지 준위의 차이를 레이저 천이에 사용한다. 이를 통해 상대적으로 긴 파장에서 레이저 작동이 가능하며, 층의 두께를 변경하는 것만으로 간단하게 조정할 수 있다. 이들은 이종접합 레이저이다.
대역간 캐스케이드 레이저(ICL)는 전자기 스펙트럼의 중적외선 영역의 상당 부분에 걸쳐 결맞는 복사를 생성할 수 있는 레이저 다이오드의 한 종류이다.
단순한 양자 우물 다이오드의 문제점은 얇은 층이 빛을 효과적으로 가두기에 너무 작다는 것이다. 이를 보완하기 위해 처음 세 개의 층 바깥쪽에 두 개의 층을 더 추가한다. 이 층들은 중앙 층보다 굴절률이 낮아 빛을 효과적으로 가둔다. 이러한 설계를 분리형 제한 이종구조(SCH) 레이저 다이오드라고 한다.
분포 브래그 반사기 레이저(DBR, Distributed Bragg Reflector laser)는 단일 주파수 레이저 다이오드의 한 종류이다.[11] 전기적 또는 광학적으로 펌핑되는 이득 영역이 두 개의 거울 사이에 있어 피드백을 제공하는 광 공진기를 특징으로 한다. 한 거울은 광대역 반사경이고 다른 거울은 파장 선택적이어서 단일 종축 모드에서 이득이 선호되어 단일 공진 주파수에서 레이징이 발생한다.
분포귀환형 레이저(DFB)는 단일 주파수 레이저 다이오드의 한 종류이다.[11] DFB는 파장분할다중화(DWDM) 시스템에서 가장 일반적인 송신기 유형이다. 레이징 파장을 안정화하기 위해, 회절격자가 다이오드의 ''p''–''n'' 접합 근처에 에칭된다.
수직 공진형 표면 방출 레이저(VCSEL)는 기존의 레이저 다이오드와 달리 전류 흐름 방향과 수직이 아닌 평행하게 광 공진기 축이 위치한다. 활성 영역의 길이는 측면 치수에 비해 매우 짧아 그림과 같이 모서리가 아닌 공진기 표면에서 방사선이 방출된다. 공진기 양단의 반사체는 고굴절률 및 저굴절률의 4분의 1 파장 두께 다층으로 구성된 유전체 거울이다.
수직외부공진기표면발광레이저(VECSEL)는 VCSEL과 유사하다. VECSEL은 두 거울 중 하나가 다이오드 구조의 외부에 있는 구조로 구분된다.
외부 공진기 다이오드 레이저는 주로 AlxGa1-xAs형 이중 이종구조 다이오드를 사용하는 튜너블 레이저이다.
5. LED와의 비교
반도체 레이저(LD)는 레이저 발진 조건을 충족하는 LED의 일종이다. 반도체 레이저와 LED는 모두 PN 접합에 전류를 흘려 빛을 방출하며, 발광용 전원 회로 등은 거의 동일한 것을 사용할 수 있다는 공통점이 있다. 하지만 반도체 레이저는 활성층 구조와 쪼개진 면(cleaved facet)이라는 공진기 구조를 통해 결맞는 빛을 방출한다는 점에서 LED와 구별된다.[31]
LED는 파장과 진폭에 차이가 있는 빛을 방출하는 반면, LD는 파장과 위상이 거의 일치하는 결맞는 빛을 방출한다. 예를 들어, 적외선 발광 LED와 적외선 발광 LD를 비교하면, 피크 파장에 대한 상대 광 출력이 50%가 되는 파장의 폭은 LED가 70nm (900-970nm)인데 반해, LD는 1nm 미만 (807.5-808.5nm)으로, 그 비율은 70배 이상이다. 결맞는 빛은 렌즈 등으로 수렴시킬 때 색수차가 발생하지 않아 광학계 설계를 단순화하고 고정밀도로 만들 수 있으며, 빛끼리 서로 간섭하는 성질을 이용하여 정밀 측정 분야에도 활용된다.[32]
빛의 출력 방향에 있어서도 LED는 빛이 어느 정도 퍼져서 나오는 반면, 스트라이프형 LD는 방출 단면이 얇은 판 형태이므로 회절에 의해 타원형 빔이 방출된다. 또한 LD는 반도체 재료의 성질에 따라 발진에 유리한 방향의 직선 편광을 가진다. 이 방향은 일반적으로 활성층의 스트라이프 방향이다. 반면 LED 및 기타 대부분의 발광 장치는 편광이 무작위적인 무편광광을 방출한다.[31]
반도체 레이저는 특정 값 이상의 전류가 흘러야 빛에 의한 공진이 발생하여 레이저 광을 방출한다. 이 특정 값을 임계 전류라고 하며, 임계 전류 미만의 전류에서는 LED와 마찬가지로 자발 방출광을 방출한다. 임계 전류 이상의 전류를 주입하면 레이저 광이 방출되며, 임계값 부근에서 전류 증감에 따라 광 출력을 매우 높은 감도로 스위칭할 수 있어 GHz 영역에서의 변조도 가능하다.[31]
6. 신뢰성
레이저 다이오드는 LED와 동일한 신뢰성 문제를 갖는다. 또한, 고출력으로 작동할 때 ''치명적인 광학적 손상(COD)''을 받기 쉽다.[1]
반도체 레이저가 쪼개진 면을 통해 빛을 통과시킬 때, 빛 에너지 일부가 표면 상태에 흡수되어 열로 변환된다. 이로 인해 쪼개진 미러가 가열된다. 미러가 가열되면 반도체의 밴드갭이 감소하여 더 많은 흡수를 유발하고, 이는 열 폭주 현상으로 이어져 패싯이 용융되는 COD를 일으킨다.
1970년대에 이 문제를 해결하기 위해 RCA 연구소에서 얇은 산화알루미늄 층을 패싯에 증착하는 방법을 고안했다. 산화알루미늄 층은 반사 방지 코팅 역할을 하여 표면 반사를 줄이고, 패싯 가열과 COD를 완화시켰다.
이후 빛이 쪼개진 패싯에서 방출되기 전 마지막 10μm 정도를 비흡수성으로 만드는 비흡수 미러(NAM)를 만드는 등 다양한 개선 방법이 사용되었다.
7. 응용
반도체 레이저는 크기가 작고, 전력 소비가 적으며, 생산 비용이 저렴하여 다양한 분야에서 널리 사용된다. 주요 응용 분야는 다음과 같다.
- 통신: 광섬유 통신에 쉽게 결합되는 광원으로 널리 사용된다.
- 광 저장 장치: CD 플레이어, CD-ROM, DVD, HD DVD, 블루레이 디스크 등에서 정보를 읽고 쓰는 데 사용된다.
- 인쇄: 레이저 프린터, 복사기 등에서 이미지 스캐닝 및 고해상도 인쇄판 제조를 위한 광원으로 사용된다.
- 바코드 리더: 바코드 리더에 사용되는 일반적인 광원이다.
- 레이저 포인터: 흔히 사용되는 레이저 포인터의 광원이다.
- 의료:
- 레이저 수술: 연조직 수술에 사용되며, 지혈 및 소작 효과가 있다.[28][29]
- 레이저 의학: 레이저 흡수 분광법(LAS)을 통해 기체 상의 다양한 종의 농도를 평가하고 모니터링하는 데 사용된다.
- 산업: 열처리, 클래딩, 솔기 용접, 다이오드 펌핑 고체 레이저 펌핑 등 다양한 산업 분야에 사용된다.
- 측정: 거리 측정기와 같은 다양한 측정 장비에 사용된다.
- 기타:
- 무선 전력 전송
- 마스크리스 포토리소그래피의 광원
- 간섭계 거리 측정, 홀로그래피, 결맞음 통신 (결맞음 특성 활용)
한국에서는 광통신, 광 저장 장치, 레이저 프린터 등 다양한 분야에서 반도체 레이저 기술이 활용되고 있으며, 관련 산업 생태계가 잘 구축되어 있다. 특히, 치과용 레이저로서는 비교적 저렴하여 한국에서 가장 많이 보급되어 있다.
8. 흔한 파장
| 파장 (nm) | 사용처 및 관련 기술 |
|---|---|
| 405 | InGaN 청자색 레이저, 블루레이 디스크, HD DVD 드라이브 |
| 445–465 | InGaN 청색 레이저 (고휘도 데이터 프로젝터, 수은 미사용) |
| 488 | InGaN 녹청색 레이저 (2018년 중반부터 널리 사용) |
| 505 | InGaN 푸른빛 녹색 레이저 (2018년 중반부터 널리 사용) |
| 510–525 | InGaN 녹색 다이오드 (니치아, OSRAM, 레이저 프로젝터용)[30] |
| 635 | AlGaInP 적색 레이저 포인터 (650 nm보다 밝음) |
| 650–660 | GaInP/AlGaInP CD, DVD 드라이브, 적색 레이저 포인터 |
| 670 | AlGaInP 바코드 리더기, 초기 다이오드 레이저 포인터 (현재는 구식) |
| 760 | 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlGaInP) 적외선 포인트 센서 (Oxygen|산소영어 () 감지) |
| 785 | 갈륨알루미늄비소(GaAlAs) CD 드라이브 |
| 808 | 갈륨알루미늄비소(GaAlAs) 레이저 펌핑 (DPSS 네오디뮴:이트륨알루미늄석류석 레이저(Nd:YAG laser), 녹색 레이저 포인터, 고출력 레이저 어레이) |
| 848 | 레이저 마우스 |
| 980 | 인듐갈륨비소(InGaAs) 광 증폭기 펌프, 이트륨:이트륨알루미늄석류석(Yb:YAG) DPSS 레이저 |
| 1,064 | 알루미늄갈륨비소(AlGaAs) 광섬유 통신, DPSS 레이저 펌프 주파수 |
| 1,310 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP), 인듐갈륨비소질소(InGaAsN) 광섬유 통신 |
| 1,480 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 광 증폭기 펌프 |
| 1,512 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 가스 감지 (Ammonia|암모니아영어 () 감지) |
| 1,550 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP), 인듐갈륨비소질소안티몬(InGaAsNSb) 광섬유 통신 |
| 1,625 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 광섬유 통신 (서비스 채널) |
| 1,654 | 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 가스 감지 (Methane|메탄영어 () 감지) |
| 1,877 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 가스 감지 (Water|물영어 () 감지) |
| 2,004 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 가스 감지 (Carbon dioxide|이산화탄소영어 () 감지) |
| 2,330 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 가스 감지 (Carbon monoxide|일산화탄소영어 () 감지) |
| 2,680 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 감지 |
| 3,030 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 가스 감지 (Ethylene|에틸렌영어 () 감지) |
| 3,330 | 갈륨인듐비소안티몬(GaInAsSb) 감지 |
9. 발광색의 한계와 유기 반도체 레이저
기본적인 발광색은 반도체 내부의 밴드갭 에너지 차이에 의해 결정되므로, 특정 파장 영역에서는 실용적인 발광 효율을 얻기 어렵다. 적색이나 청색 반도체 레이저는 양산되지만, 황색, 녹색, 중적외선(2-5μm)은 효율이 낮아 다른 재료가 사용된다. 그러나 새로운 기술 개발로 반도체 레이저의 발광색과 효율이 향상되고 있다.[34]
- 질화갈륨(窒化ガリウム)을 이용한 반도체 레이저로 자외선-보라-청-청록색 발광이 가능해졌다.([http://www.nichia.co.jp/jp/product/laser.html 제품 라인업의 예]). 니치아 화학공업과 소니 등이 생산하며, 게임기나 블루레이 디스크에 사용된다.
- 장파장 레이저 광에서 고조파 발생(SHG, THG, FHG 등)을 통해 단파장 레이저 광을 발생시키는 기술이 광 픽업 등에 응용된다.
- 스미토모 전기공업과 소니는 고출력 순수 녹색 반도체 레이저를 공동 개발했다.[35]
유기 반도체 레이저는 높은 분자 설계 자유도를 특징으로 하며 연구가 진행 중이다. 2000년 7월 벨 연구소에서 발진에 성공했다고 알려졌으나, 이는 조작으로 판명되었다.[36] 이후 다른 연구 기관 및 대학에서 연구가 계속되고 있다.[37][38][39][40]
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