3차원 영상기법으로 차세대 반도체 소재의 비밀 밝혀낸 KBSI 연구팀. 사진제공=KBSI실리콘 기반 질화갈륨(GaN) 반도체붙임의 전기-빛 변환 효율이 낮은 이유가 밝혀짐에 따라 사파이어 기반붙임으로 형성 된 현 질화갈륨 LED 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 양민호·백현석·이문상 박사 연구진이 새로운 투과전자현미경붙임 영상기법을 개발해 실리콘 기반 질화갈륨 반도체의 전기-빛 변환효율붙임 저하의 원인이 그 독특한 원자 결함에 있다는 것을 밝혀냈다고 16일 밝혔다.
연구진은 차세대 반도체 소재로 각광받는 질화갈륨 반도체를 실리콘 기반에서 만들 경우 결정층이 만들어지는 성장 방향에서 기울어진 원자결함 구조가 생기는 것을 확인하고 새로운 3차원 현미경 영상기법을 활용해 결함 구조가 기존에는 예상하지 못했던 금속결합으로 구성돼 있음을 확인했다.금속결합의 경우 빛으로 변환되는 전자의 수가 크게 줄어들어 효율 저하를 야기한다.
향후 이 기울어진 원자결함을 피하는 성장기술이 개발되면 질화갈륨 LED 생산공정에도 큰 변화가 일 것으로 보인다.
실리콘 기반으로도 현재의 사파이어 기반 LED와 같은 품질의 LED 생산이 가능해지면 9배 이상 넓은 질화갈륨을 생산이 가능해질 뿐 아니라 실리콘 기반의 장비와 기술들을 거의 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
일반적인 전자현미경 입체 영상법은 평면에 비해 수직 방향 구별 능력이 떨어져 입체적인 원자 구조의 분석이 어려운 반면 연구진은 이 영상기법에 회절조건 변화를 조합해 원자결함의 입체적 구조를 밝혀낼 수 있었다. 이번 성과는, 나노소재 분야 세계 최고 권위 학술지인 ‘Nano Letters’지 7월 3일자 온라인판에 게재됐다.
KBSI 서울센터 양민호 박사는 “이번 연구는 새로운 전자현미경 기법 개발로 반도체의 효율 문제를 규명한 사례”라며 “다양한 물질 현상들을 밝혀내기 위해서는 보다 더 진보된 입체 전자현미경 연구법을 개발할 필요가 있다”고 말했다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com
