국내 연구진이 나노기술로 ‘무형광체 백색 LED’의 복잡한 제작공정을 단순화해 제작비용을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.
백색 LED는 사용시간이 늘어나면 LED 소자 내에서 발생하는 전기적·열적 손상으로 인해 형광체가 열화돼 소자 광효율이 저하되고 청색으로 변하는 문제가 있었다. 무형광체 백색 LED는 형광체를 사용하지 않고 백색 빛을 구현해 이 같은 단점을 없앤 기술이다. 하지만 제조공정이 복잡하고 이에 따른 비용 문제로 상용화에 어려움이 있었다.
한국산업기술대학교는 남옥현 나노-광공학과 교수 연구팀이 나노마스크기술을 응용해 무형광체 백색 LED 제작 공정을 단순화해 낮은 비용으로 무형광체 백색 LED를 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
형광체 없이 백색을 구현하는 무형광 백색 LED는 차세대 LED 조명기술로 각광받고 있다. 하지만 이를 위해 적용하는 3차원 마이크로 마스크 제작공정이 너무 복잡해 상용화에 어려움을 겪었다. 3차원 마이크로 마스크 제작공정은 반도체를 활용한 소자 제작 공정 가운데 하나인 포트리소그래피 공정이다. 박막 표면에 마이크로 또는 나노 크기 패턴을 만든다.
남 교수 연구팀은 일반 LED 제조장비를 이용해 질화갈륨(GaN) LED박막을 증착할 때 나노크기 질화실리콘(SiNx) 박막을 N형 질화갈륨 위에 성장하면 고밀도 나노마스크를 형성할 수 있다는 점에 착안했다.
나노마스크 위에 질화갈륨을 증착해 나노크기 3차원 구조를 만들고, 질화인듐갈륨(InGaN)을 차례로 증착하면 나노구조를 이루는 각각의 면을 따라서 다양한 발광충이 만들어지고, 이 발광층을 통해 넓은 가시광 영역을 갖는 백색 빛을 구현하는 데 성공했다.
이 가술은 나노사이즈 형상으로 LED 박막 표면을 평평하게 만들 수 있어 전극 제조공정이 쉽다. LED 소자의 전기적 안정성을 유지할 수 있어 품질도 우수하다.
남 교수는 “이번 연구는 나노마스크 기술을 응용해 고품질 무형광 백색 LED를 값싸게 만들 수 있는 실용기술을 우리나라가 선점했다는 데 큰 의미가 있다”며 “이 기술을 발전시키면 냉백색부터 은백색까지 다채로운 색 변환이 가능해 상품성 높은 백색 LED 소자 개발을 기대할 수 있다”고 말했다.
김순기기자 soonkkim@etnews.com
