하나의 반도체칩으로 제작방법 고안

임승혁 박사과정
임승혁 박사과정
KAIST(한국과학기술원)는 23일 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 빛, 방사선 등을 쪼여 형광을 발하는 물질인 형광체를 사용하지 않은 백색 LED 제조 기술을 개발했다고 밝혔다.

LED(light-emitting diode·발광다이오드)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용해 외부 전압으로 전자와 정공을 주입하고 주입된 전자와 정공들의 재결합에 의해 빛을 발광시키는 소자를 말한다.

현재 대부분의 백색 LED는 청색 LED에 황색 형광체를 사용하거나 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합해서 만드는 방식이다. 하지만 황색 형광체의 경우 희토류 물질로 수입의존도가 높고 낮은 연색성, 변색 등의 문제를 갖고 있는 데다 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합하는 방식은 단가가 매우 높아진다는 게 가장 큰 단점이다.

연구팀은 문제 해결을 위해 형광체를 사용하지 않고 하나의 반도체 칩으로 백색 LED를 제작하기 위한 방법을 고안했다. 동심원 모양으로 꼭대기 부분을 잘라낸 피라미드 구조가 제작되도록 마이크로 복합 구조체를 설계한 것이다.

이 마이크로 크기 삼차원 구조체는 각 면마다 다른 조건의 양자우물(LED 소자에서 빛을 발광하는 핵심 역할을 하는 구조)이 형성돼 각 면에서 다른 색의 빛을 낼 수 있고, 결국 기존의 여러 LED 색을 조합할 필요 없이 한 구조체에서도 다양한 색을 혼합할 수 있게 됐다. 이 기술은 차세대 조명 및 디스플레이 기술의 발전에 기여할 것으로 전망된다.

연구팀은 각 결정면의 면적을 조절해 하나의 LED 칩으로 무형광체 백색 LED를 시연하고 LED에 인가하는 전류를 변화시켜도 색이 거의 변하지 않는 것을 확인했다고 설명했다. 이는 무형광체 백색 LED의 초기단계로 미래의 무형광체 백색광원의 방향성을 제시했다는 데 의미가 있다. 이어 연구팀은 고배율 대물렌즈를 사용해 3차원 구조체 내부에서 전류주입의 정도를 측정하는 방법을 소개하고 이를 통해 전류를 효율적으로 주입시키는 방안을 개발한다면 LED 소자의 효율과 색 재현성을 조절할 수 있을 것으로 전망된다고 덧붙였다. 김정원 기자

<저작권자ⓒ대전일보사. 무단전재-재배포 금지>

조용훈 교수
조용훈 교수
형광체를 사용하지 않은 마이크로 크기의 끝이 잘린 피라미드 형태의 복합 구조체에서 전류 주입으로 백색광을 내는 개념도.  사진=KAIST 제공
형광체를 사용하지 않은 마이크로 크기의 끝이 잘린 피라미드 형태의 복합 구조체에서 전류 주입으로 백색광을 내는 개념도. 사진=KAIST 제공

김정원
저작권자 © 대전일보 무단전재 및 재배포 금지