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㈜에피솔루션은 자사가 출원한 특허 기술을 바탕으로, 계곡형 활성층 구조를 적용한 양자폭포레이저(QCL) 시제품을 성공적으로 개발하고 본격적인 사업화에 나선다. 이번에 선보인 QCL은 고온에서도 전자의 누설을 억제하는 독창적 설계를 통해 고출력 연속동작(CW)에 최적화된 성능을 구현했다. 특히 에피솔루션은 국내에서 유일하게 QCL 에피칩을 직접 설계·제작할 수 있는 기술력을 보유한 기업으로, 해외 의존도가 절대적이던 중적외선 레이저 분야에서 새로운 전환점을 만들어냈다. 에피솔루션은 이번 연구를 통해 해외 의존으로부터 벗어나 자립화의 길을 여는 상징적인 시작을 열었다.

[연구동기]
국내 산업 현장에서는 여전히 가스 누출 사고와 대기 오염 문제가 심각한 사회적 과제로 남아 있다. 메탄(CH₄), 일산화탄소(CO), 아산화질소(N₂O) 등 초미량의 유해가스를 조기에 탐지하지 못하면 대형 화재와 폭발로 이어질 수 있으며, 이는 막대한 인명 피해와 경제적 손실을 초래한다. 그러나 이러한 위협을 정밀하게 감지하기 위해 필수적인 중적외선 광원 기술은 미국·독일·프랑스 등 일부 국가가 독점하고 있어, 국내 산업은 핵심 부품을 수입에 의존하는 실정이다.
에피솔루션은 이 같은 산업적 공백과 기술적 종속을 극복하기 위해, 자체 특허 기술인 ‘골짜기 형태의 활성층 구조’를 적용한 트렌치 구조 양자폭포레이저(QCL) 개발에 착수했다. 고온 환경에서도 안정적으로 구동되며 낮은 문턱전류와 높은 효율을 제공하는 이 차세대 설계는, 국내 산업 안전을 지키고 중적외선 광원 자립화를 실현하기 위해 반드시 필요한 기술이다.

[연구목표]
이번 연구의 목표는 7.7 μm 파장대역에서 안정적으로 동작하는 고출력 QCL 시제품을 제작하는 것이다. 구체적으로는 1.5kA/cm2보다 낮은 문턱전류를 구현하면서 상온에서 400mW 이상의 출력이 가능한 레이저를 확보하는 데 초점을 두고 있다. 또한 설계-성장-공정-패키징-평가의 전 과정을 자체 기술력으로 흡수해 상용화 기반을 마련하고, 나아가 가스 센서·환경 모니터링·국방·의료 등 다양한 산업에 적용 가능한 국산 QCL 플랫폼을 구축하는 것이 핵심 목표다.

[연구내용]
에피솔루션은 자체 K·P 시뮬레이션을 통해 2-phonon resonance 구조를 설계하고, 이를 계곡형 활성층 구조와 결합시켜 고출력·고효율의 QCL을 구현할 계획이다. 이어 정밀한 도핑 농도 설계, 웨이브가이드 및 금속 콘택트 최적화를 통해 소자 성능을 극대화한다.제작된 레이저 칩은 L-I/V-I 측정을 통해 성능을 검증하고, 장기 신뢰성 분석을 통해 산업 현장에서 활용 가능한 수준으로 안정성을 확보할 예정이다. 특히 발열 문제가 심각한 QCL 특성을 고려해, 플립칩 본딩과 고방열 패키징 설계를 적용함으로써 연속 동작(CW) 환경에서도 안정적인 출력을 보장한다. 이번 과제를 통해 확보한 기술은 가스 센서 모듈·비침습 의료 분석·국방용 탐지 시스템 등으로 직접 연결될 전망이다.