국내 연구팀이 실리콘 소재를 이용해 고가의 사파이어 웨이퍼를 대체할 수 있는 새로운 LED 제조 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.
한국광기술원(KOPTI · 김선호) LED소자기술센터(센터장 백종협) 연구팀은 6인치 크기의 실리콘 웨이퍼 위에 질화갈륨(GaN) 층을 성장, LED를 생산하는데 성공했다고 30일 밝혔다. 이번 기술은 미국 유기금속화학증착장비(MOCVD) 업체 `비코`사와 공동 개발한 것으로 기존에 사용되던 고가의 사파이어 웨이퍼를 대체할 수 있는 것으로 평가받고 있다. 최근 독일 · 영국의 실험실 등에서 6인치 실리콘 웨이퍼 위에 GaN 층을 성장시키는 데 성공한 적은 있으나 상용장비를 이용해 제조에 성공하기는 이번이 세계 최초다.
연구팀에 따르면 현재 전 세계 질화갈륨 LED의 90%는 사파이어 웨이퍼를 사용하고 있으며 최근 LED 수요 급증으로 대량생산 체제에 돌입하면서 생산성 개선을 위한 LED용 사파이어 웨이퍼의 대구경화 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 그러나 기술의 어려움으로 소수의 기업만이 6인치급 이상의 사파이어 웨이퍼용 잉곳을 고가에 공급하고 있다.
반면에 실리콘 기판은 대구경으로 가격과 품질 측면에서 사파이어 웨이퍼에 비해 뛰어난 경쟁력이 있으며 전기 전도성과 방열 특성이 좋은데다 칩 가공이 쉽다는 장점을 갖고 있다. 하지만 사파이어 웨이퍼에 비해 실리콘 웨이퍼는 가시광선에 불투명해 광 손실이 크고 GaN과의 열팽창계수차가 커 불량이 발생하는 등 제조가 어렵다는 단점을 가지고 있었으나 이번에 한국광기술원 연구팀은 이러한 문제점을 해결했다.
연구팀은 지난 2004년부터 2008년까지 지식경제부 지역중점기술개발 사업을 통해 외부양자효율 15%의 2인치 실리콘 웨이퍼를 이용해 LED를 생산하는 데 성공한 바 있다. 이러한 결과를 바탕으로 미국 비코의 6인치급 상용 MOCVD를 이용, 6인치 실리콘 웨이퍼 위에 GaN 층을 형성하는 데 성공했다.
연구팀은 기술 난이도가 낮은 전자소자 시장에서는 이미 실리콘 기판이 사파이어 기판을 대체하는 추세로 미뤄볼 때 향후 실리콘 기판분리 공정 최적화 등 에피 공정 효율 개선이 이뤄질 경우 사파이어를 전량 대체할 수 있는 경제적 파급효과를 기대하고 있다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.co.kr
