국내 연구진이 나노기술로 ‘무형광체 백색 LED’의 복잡한 제작공정을 단순화해 제작비용을 획기적으로 낮출 수 있는 기술을 세계최초로 개발했다.
한국산업기술대학교 남옥현 교수 연구팀은 나노마스크기술을 응용해 기존의 무형광체 백색LED 제조 시 문제점인 고비용 구조의 복잡한 제작공정을 없애 낮은 비용으로 무형광체 백색LED를 제작할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
'나노마스크'는 기판과 박막의 계면에서 발생한 결함이 표면으로 진행되는 것을 막는 역할을 해 LED의 성능을 향상에 필요한 핵심 기술이다.
지금까지 ‘무형광 백색LED’는 차세대 LED조명기술로 각광받으며 상용화 연구가 활발히 이뤄지고 있지만 최신 기술로 보고된‘마이크로 3차원 구조’는 복잡한 마이크로 마스크 제작공정이 추가로 필요해 상용화 가능성이 낮은 실정이다.
연구팀은 일반 LED제조장비를 이용해 질화갈륨 LED박막을 증착할 때, 나노크기의 질화실리콘 박막을 N형 질화갈륨 위에 성장하면 고가의 추가 장비와 공정 없이도 고밀도의 나노마스크를 형성할 수 있다는 점에 착안했다.
나노마스크 위에 질화갈륨을 증착해 나노크기의 3차원 구조를 만들고, 질화인듐갈륨을 차례로 증착시키면 나노구조를 이루는 각각의 면을 따라서 다양한 발광층이 만들어진다. 그리고 이 발광 층을 통해 넓은 가시광 영역을 갖는 백색 빛을 구현하는데 성공한 것.
특히 이 기술은 나노사이즈의 작은 형상들이므로 LED 박막의 표면을 평평하게 만들 수 있기 때문에 전극의 제조공정이 용이해 LED 소자의 전기적 안정성이 매우 잘 유지돼 품질이 우수하다.
남옥현 교수는 “이번 연구는 나노마스크 기술을 응용해 고품질의 무형광 백색LED를 값싸게 제작할 수 있는 실용기술을 우리나라가 선점했다는 데 큰 의미가 있다”며 “이 기술을 발전시키면 다채로운 색 변환이 가능해져 보다 상품성 높은 백색LED 소자 개발도 기대할 수 있다”고 말했다.
이번 연구결과는 지난 2015년 12월 Nature의 자매저널인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 게재됐다.