실리콘 기반 질화갈륨 반도체의 전기-빛 변환효율이 낮은 이유는 실리콘 위에서 만들 경우 결정층이 만들어지는 성장 방향에서 기울어진 원자결함 구조가 발생하기 때문인 것으로 밝혀졌다.
저렴하게 대면적 질화갈륨 반도체를 만드는데 걸림돌이 된 원자결함을 피할 수 있는 성장기술 개발에 기여, 질화갈륨 LED 생산공정에 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다.
한국기초과학지원연구원(원장 이광식)은 양민호, 백현석, 이문상 박사 연구진이 새로운 투과전자현미경 영상기법으로 실리콘 기반으로 질화갈륨 반도체를 만들 때 예상하지 못했던 금속결합 구조로 구성돼 빛으로 변환되는 전자 수가 크게 줄어들어 효율 저하를 야기하는 것으로 확인했다고 16일 밝혔다.
질화갈륨 반도체는 차세대 반도체 소재다. 지금은 사파이어 기반으로 만들고 있다. 실리콘 기반으로 만들면 기존 장비 외 기술을 그대로 사용하면서도 9배 이상 넓은 대면적 질화갈륨을 생산할 수 있게 된다.
일반 전자현미경 입체 영상법은 평면에 비해 수직 방향 구별능력이 떨어져 입체적인 원자 구조 분석이 어렵다. 연구진은 이 영상기법에 회절조건 변화를 조합해 원자결함의 입체 구조를 밝혀냈다.
전자현미경 광학단면법 기준으로 평면에서는 10-10m 크기의 단일원자 구별이 가능하지만 깊이 방향으로는 수 나노미터(10-9) 수준만 구별할 수 있다.
양민호 박사는 “이번 연구는 새로운 전자현미경 기법을 개발해 반도체 효율 문제를 규명한 사례”라면서 “다양한 물질 현상을 밝혀내기 위해서는 보다 진보한 입체 전자현미경 연구법을 개발할 필요가 있다”고 말했다.
김순기기자 soonkkim@etnews.com
