국내 연구진, 높은 효율의 청색광 발광 화합물 반도체 최초 개발

KIST, 질화갈륨 대신 요오드화 구리 사용

KIST 광전소재연구단 송진동 박사, 장준연 차세대반도체연구소장팀은 ㈜페타룩스 안도열 대표와의 공동연구를 통해<br>기존의 청색광 LED 반도체에 사용했던 질화갈륨을 대체할 수 있는 새로운 화합물 반도체 기술에 성공했다. <br> <br>-요오드화 구리(CuI) 화합물반도체를 소재로 사용하여 고효율로 청색광을 발광하는 소자의 모습/사진=KIST

국내 연구진이 새로운 청색광 반도체 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 송진동 책임연구원, 장준연 소장, (주)페타룩스 안도열 대표(서울시립대학교 석좌교수)로 이뤄진 공동연구팀은 기존 청색광 LED 반도체에 사용했던 질화갈륨을 대체할 새 화합물 반도체를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구진은 구리(Cu)와 요오드(I)를 합성한 요오드화 구리(CuI) 1-7족 화합물 반도체를 소재로 사용해 고효율로 청색광을 발광하는 소자 기술을 세계최초로 개발했다.

원소주기율표에 1-7족 물질들은 강한 전기적 상호작용으로 인해 원자간 결합 강도가 높아 반도체로 사용하기 어렵다. 하지만 이번 기술개발로 반도체 소재 기술에 새로운 지평을 열었다는 평가를 받는다.

연구진이 개발한 요오드화 구리 반도체는 저렴한 실리콘(Si) 기판에 적은 결함으로 성장이 가능해 현재 상용화 돼 있는 대면적 실리콘 기판(300mm)을 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또 요오드화 구리 박막 성장온도가 실리콘 기반 CMOS 소자 공정에 사용되는 온도(300도 이하)와 유사해 열화 없이 요오드화 구리(CuI) 박막을 증착, 저렴하고 손쉬운 실리콘 반도체 공정에 적용이 가능하다.

연구진은 요오드화 구리 반도체가 질화갈륨 기반 소자에 비해 10배 이상 강한 청색광 밝기를 내고 향상된 광전 효율 특성과 장기적 소자 안정성을 가진다는 것을 확인했다.

이번 연구결과는 고품질 구리할로겐계 단결정 요오드화 구리를 실리콘 기판 상에 성장, 고효율의 청색 발광을 구현함으로써 세계 최초로 구리할로겐계 화합물을 이용한 새로운 반도체 소재 기술을 실증했다는 데 의의가 있다.

KIST 광전소재연구단 송진동 박사, 장준연 차세대반도체연구소장팀의 연구원들이 새로운 청색광 반도체 기술로 발광 효율을 테스트 하고 있다/사진=KIST

송 연구원은 “기존의 p-형 질화갈륨을 대체해 높은 생산효율의 청색(자외선) 발광에 성공했다”며 “성능개선 연구를 지속적으로 수행할 것”이라고 말했다.

장 소장은 “기존의 LED에 비해 많은 장점을 가지므로 일본이 독점하고 있는 질화갈륨을 대체하는 새로운 발광 반도체용 소재로 큰 기대를 모을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’ 온라인판에 게재됐다.