일본이 독점한 LED 소재 대체 가능한 물질 찾았다

KIST, 새 청색광 반도체 기술 개발
질화갈륨 대신 요오드화 구리 사용

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 일본이 독점하고 있는 발광다이오드(LED)의 핵심소재를 대체할 수 있는 물질을 세계 최초로 개발했다. 일본의 수출규제로 인한 소재·부품·장비의 기술자립과 조기국산화를 위한 움직임이 계속되고 있는 가운데 새롭게 나온 결과다.

요오드화 구리 화합물반도체를 소재로 사용해 고효율로 청색광을 발광하는 소자의 모습. KIST 제공

한국과학기술연구원(KIST)은 청색광 LED 반도체에 현재 사용하는 질화갈륨을 대체할 수 있는 새로운 화합물 반도체 기술개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 광전소재연구단 송진동 단장 연구팀과 차세대반도체연구소 장준연 소장팀이 서울시립대학교 석좌교수이자 ㈜페타룩스 대표인 안도열 박사와의 공동연구를 통해 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포트' 최신에 온라인 게재됐다.

공동연구진은 구리와 요오드를 합성해 요오드화 구리(CuI) 화합물 반도체 소재를 사용해 청색 빛을 만들어냈다. 이들은 "요오드화 구리 반도체가 질화갈륨기반 소자에 비해 10배 이상 강한 청색광 밝기 및 향상된 광전효율 특성과 장기적 소자 안정성을 가진다는 것을 확인했다"고 말했다.

반도체를 이용한 LED는 흰색 빛을 만들기 위해 적·녹·청색의 LED가 필요하다. 이중 청색 LED는 일본이 질화갈륨을 고품질로 만드는 기법을 개발해 현재 스마트폰, 디스플레이, 전제제품 및 고주파 장치의 핵심 소재로 쓰이고 있다.

KIST 연구원들이 새로운 청색광 LED 반도체 기술로 발광 효율을 테스트하고 있다. KIST 제공

연구진이 개발한 요오드화 구리 반도체는 저렴한 실리콘 기판에 적은 결함으로 성장이 가능해 현재 상용화 돼 있는 대면적 실리콘 기판(300㎜)을 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 요오드화 구리 박막 성장온도가 실리콘 기반 공정에 사용되는 온도(300℃ 이하)와 유사해 성능이 떨어지지 않은채 요오드화 구리 박막을 증착, 저렴하고 손쉬운 실리콘 반도체 공정에 적용이 가능하다.

이번 연구결과는 고품질 구리할로겐계 단결정 요오드화 구리를 실리콘 기판 상에 성장, 고효율의 청색 발광을 구현해 세계 최초로 구리할로겐계 화합물을 이용한 새로운 반도체 소재 기술을 실증했다는 것에 큰 의의가 있다. 안도열 대표는 "2016년 구리할로겐계 반도체의 우수성에 대한 이론적 예측을 최초로 보고하고 원천기술을 보유하고 있어 이번 연구성과가 상업적 생산이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

송진동 단장은 "기존의 p-형 질화갈륨을 대체해 높은 생산효율의 청색 발광에 성공했으며 성능개선 연구를 지속적으로 수행할 것"이라고 말했다.

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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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