KIST, 새 청색광 반도체 기술 선봬…日 원천기술 보유 'GaN' 대체 가능성 ↑

입력 2020.03.08 12:00

국내 연구진이 기존 청색광 LED 반도체에 쓰이는 질화갈륨(GaN)을 대체할 새로운 화합물 반도체 기술을 개발했다.

반도체를 이용한 LED는 백색광 구현을 위해 적·녹·청색의 LED가 필요하다. 이중에서 청색광 LED는 1990년대 일본 과학자들이 질화갈륨을 고품질로 만드는 기법을 개발해 처음 상용화에 성공한 바 있다.

이번 성과로 반도체뿐만 아니라 디스플레이와 광산업의 핵심 소재로 쓰이는 질화갈륨을 우리 원천 기술로 대체할 수 있는 가능성이 열려 큰 기대를 모으고 있다.

요오드화구리(CuI) 화합물 반도체를 소재로 사용해 청색광을 발광하는 소자의 모습 / KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소는 송진동 책임연구원, 장준연 소장팀과 안도열 페타룩스 대표(서울시립대학교 석좌교수)의 공동연구 성과를 8일 발표했다.

KIST 공동연구진은 구리(Cu)와 요오드(I)를 합성한 요오드화구리(CuI) 1~7족 화합물 반도체를 소재로 사용해 고효율로 청색광을 발광하는 소자 기술을 최초로 개발했다.

원소주기율표에 1~7족 물질들은 강한 전기적 상호작용으로 인해 원자 간 결합 강도가 높아 반도체로 사용하기 어렵다고 알려졌다.

연구진이 개발한 요오드화구리 반도체는 저렴한 실리콘(Si) 기판에 적은 결함으로 박막을 형성할 수 있어 현재 상용화한 대면적 실리콘 기판(300㎜)을 그대로 활용할 수 있다.

저렴하고 손쉬운 실리콘 반도체 공정에도 적용이 가능하다. 요오드화구리 박막 성장온도가 실리콘 기반 CMOS소자 공정에 사용하는 온도(300도 이하)와 유사하기 때문이다.

공동연구진은 요오드화구리 반도체가 질화갈륨기반 소자보다 10배 이상 강한 청색광 밝기와 향상된 광전효율 특성을 지녔음을 확인했다. 장기적 소자 안정성도 확인했다고 덧붙였다.

장준연 KIST 소장은 "기존 LED에 비해 많은 장점을 가지므로 일본이 원천기술을 개발한 질화갈륨을 대체하는 새로운 발광반도체용 소재가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

안도열 페타룩스 대표(서울시립대 석좌교수)는 "2016년 구리할로겐계 반도체의 우수성에 대한 이론적 예측을 최초로 보고하고 원천기술을 보유하고 있다"며 "이번 연구성과로 새로운 청색 및 자외선 광원의 상업적 생산이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.


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