KIST 연구원들이 새로운 청색광 반도체 기술로 발광 효율을 테스트 하고 있다.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 2014년 노벨 물리학상은 에너지절약형 빛 혁명을 이끈 청색광 발광소자(LED)를 발명한 일본 과학자 3명이 공동 수상했다.

반도체를 이용한 LED는 백색광 구현을 위해 적·녹·청색의 LED가 필요하다. 이중 가장 늦게 개발된 청색광 LED는 1990년대 일본의 과학자들에 의해 질화갈륨(GaN)을 고품질로 만드는 기법을 개발, 상용화에 성공했다. 질화갈륨은 전등 뿐 아니라 스마트폰, 디스플레이, 전자제품 및 고주파장치에 핵심소재로 우리 실생활에 널리 쓰이고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 송진동‧장준연 박사 연구팀이 기존 청색광 LED 반도체에 사용했던 질화갈륨을 대체 할 수 있는 새로운 화합물 반도체 기술개발에 성공했다고 8일 밝혔다.

연구진은 구리와 요오드를 합성한 요오드화 구리 1-7족 화합물 반도체를 소재로 사용하여 고효율로 청색광을 발광하는 소자 기술을 세계최초로 개발했다. 원소주기율표에 1-7족 물질들은 강한 전기적 상호작용으로 인해 원자간 결합강도가 높아 반도체로 사용하기 어렵다는 것이 학계에 정설이었으나, 이번 기술개발로 반도체 소재 기술에 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다.

요오드화 구리 반도체는 저렴한 실리콘 기판에 적은 결함으로 성장이 가능해 기존 상용화된 대면적 실리콘 기판을 그대로 사용할 수 있다. 또한 박막 성장온도가 실리콘 기반 CMOS소자 공정에 사용되는 온도(300도 이하)와 유사해 실리콘 반도체 공정에 적용이 가능하다.

연구진은 요오드화 구리 반도체가 질화갈륨기반 소자에 비해 10배 이상 강한 청색광 밝기 및 향상된 광전효율 특성과 장기적 소자 안정성을 가진다는 것을 확인했다.

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.

송진동 박사는 “기존의 p-형 질화갈륨을 대체해 높은 생산효율의 청색 발광에 성공했다”며 “성능개선 연구를 지속적으로 수행할 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’ 최신호 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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