양자 캐스케이드 레이저(QCL)는 중적외선 및 원적외선 대역에서 우수한 광원으로, 소형화, 경량화, 높은 전기광 변환 효율 등의 여러 장점을 가지고 있어 센서, 통신, 국방 등 분야에서 중요한 응용 전망을 가지고 있다. 금속 유기물 화학기상 증착(MOCVD) 기술은 보다 효율적인 에피택시 방법으로, 급격히 성장하는 시장 수요를 충족시키기 위해 QCL에 적합한 MOCVD 에피택시 성장 기술의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 전 구조가 MOCVD 기술로 에피택시된 QCL을 보고하였으며, 기존의 '이중 포논 공명' 활성 영역 구조를 '단일 포논 공명과 연속 상태 추출 결합' 구조로 수정하여 전자의 열 탈출을 감소시키고 소자의 온도 특성을 개선하였다. 해당 구조를 대상으로 활성 영역의 도핑 농도를 추가로 변경하였으며, 서로 다른 도핑 농도가 소자 성능에 미치는 영향을 비교하였다. 캐비티 길이 8 mm, 평균 능선 폭 약 6.7 μm인 고농도 도핑 활성 영역 소자는 20 ℃에서 연속 출력 전력이 3.43 W에 달하며, 중심 파장은 약 4.6 μm, 전기광 변환 효율은 13.1%에 이른다; 8 mm 캐비티 길이의 저농도 도핑 활성 영역 소자는 20 ℃에서 연속 출력 전력이 2.73 W에 달하며, 중심 파장은 약 4.5 μm, 문턱 전류는 단지 0.56 A, 최대 전기광 변환 효율은 15.6%에 달한다. 소자의 출력 전력과 전기광 변환 효율은 기존 문헌에서 보고된 MOCVD 제조 QCL에 비해 현저히 향상되었다. 이러한 결과는 MOCVD가 고출력 QCL 성장에 완전히 적합함을 보여주며, 이는 QCL 기술 발전을 촉진하는 데 중요한 의미를 가진다.

양자 캐스케이드 레이저;중적외선;고출력;금속 유기물 화학기상 증착