바이오 응용을 위한 고효율 박막형 VCSEL 개발

Abstract

본 논문에서는 고분자 유기 규소 화합물 중 하나인 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane : PDMS) 을 캐리어 기판으로 활용하여 바이오 애플리케이션에 응용 가능한 박막형 수직 공동 표면 방출 레이저 (Vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 소자를 표면 개질 결합 공정 Surface modification assisted bonding: SMB) 을 통해 개발하였다. 최근 생체 적합성 광원은 바이오센서 광학 치료 등 다목적 광학 기술에 적용될 수 있으며 바이오 소자 분야에서 새롭게 부상하고 있다. <br>특히, VCSEL 소자는 2 차원 배열 구조에 따른 패키지 용이성 낮은 구동 전류 저가 비용 등 다양한 장점으로 인해 전도 유망한 광원 후보로 각광 받고 있다 생체 적합성 및 안정성을 가지는 PDMS 의 특성은 박막형 VCSEL 이 바이오 광원 분야에 응용 가능하게 한다. 본 연구에서는 제작한 VCSEL 을 PDMS 캐리어 기판과 결합하기 위해, 기존의 VCSEL 소자를 이종 기판에 2 번 전사하는 이중 전사 기법 (Double transfer process) 을 사용하여 기존VCSEL 의 p-on-n 극성을 유지하였다. 또한 기존 VCSEL 의 성장 기판을 제거하여 산소 플라즈마 처리를 수반한 표면 개질 결합 공정을 통해 VCSEL 과 PDMS 의 본딩을 구현하였다. 해당 공정을 통해 제작된 소자는 L I V 광 특성 평가 결과, 1.08 mA 의 낮은 문턱 전류 값과 최대 광 출력 7.52 mW 로 측정되었다. 현재 생체 적합성 광원 소자 개발이 각광받음에 따라 이번 연구를 통해 범용적인 바이오 분야에서 차세대 VCSEL 의 기술적 가능성을 열어줄 것으로 기대한다.