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삼성전자 종합기술원… 비결정질 구조기판에서 GaN 성장 세계최초 구현
삼성이 LED칩 가격을 대폭 끌어내릴 수 있는 혁신 기술을 세계 최초로 개발했다.
삼성전자 종합기술원은 10일 세계 최초로 비정질 유리기판 위에 단결정 수준의 질화갈륨(GaN)을 성장시키고, 이를 이용해 유리기판에 GaN LED를 구현하는데 성공했다고 발표했다.
이번 연구결과는 세계적 권위를 인정받는 국제 학술지 `네이처 포토닉스(Nature Photonics) 인터넷판 10일자에 게재됐다.
지금까지 모든 LED는 사파이어나 실리콘과 같은 단결정 구조의 웨이퍼 위에 GaN 결정질층을 성장시키는 이른바 `에피택셜(Epitaxial) 성장법으로만 구현 가능하다는 것이 과학계와 업계의 상식이었다. 또 유리기판 같은 비결정질(비정질) 구조의 기판에는 결정질 GaN층을 형성시킬 수 없다는 게 고정관념이었다.
회사는 이같은 과학계 상식을 넘어 비정질 유리기판 위에 얇은 결정질 티타늄 박막을 얹고, 그 위에 GaN 결정질층을 다시 얇게 형성시키는 방법으로 값이 저렴한 유리에 LED칩을 만들 수 있는 기술을 확보하게 됐다고 설명했다.
고가의 사파이어 웨이퍼 대신 저가의 대면적 유리기판에 대량으로 LED칩을 찍어낸다면 생산원가가 크게 떨어지고, LED조명기기 등 응용제품들도 본격적인 대중화를 맞을 것이란 전망이다.
삼성종합기술원 최준희 전문연구원은 티타늄과 저온 GaN의 2중 박막층을 유리기판 위에 증착해 저온 GaN 박막층을 먼저 다결정 구조가 되게 한 뒤, 그 위에 실리카(SiO2) 마스크를 덮어씌우고, 그 위에 다시 GaN을 고온에서 성장시켜 피라미드 모양의 단결정 수준의 GaN을 성장시키는데 성공했다고 설명했다.
최 연구원은 이런 방법으로 가로ㆍ세로 5㎜ 크기의 LED소자를 만들어 실험한 결과, 아직 빛의 세기는 약하지만 균일한 푸른빛이 나오는 것을 확인했다고 덧붙였다.
최 연구원은 "기존 양산중인 사이파어 LED 웨이퍼 크기가 주로 2인치이고, 지금 연구중인 실리콘 LED 웨이퍼도 10인치가 최대 크기인데, 10인치 크기보다도 100배 가량 큰 대면적 유리기판에서 한 번에 LED칩을 생산할 수 있다면 가격은 크게 내려갈 것"이라며 "아직 상용화까지는 10년 이상이 걸릴 것으로 예상하지만, 1969년 최초로 사파이어 기판 LED칩 기술이 개발된 이후 상용화까지 24년이 걸렸다는 점을 생각하면 상용화가 그리 멀진 않을 것"이라고 말했다.
그는 또 "이번 연구결과는 대형 LED조명이나, 다양한 디자인과 크기의 LED조명을 손쉽게 제작할 수 있는 기초 생산기술을 검증했다는데 의미가 있다"고 덧붙였다.
디지털타임즈
김승룡 기자 srkim@dt.co.kr |
