한국기초과학지원연구원(이하 기초지원연) 양민호·백현석·이문상 박사 연구팀은 실리콘 기반 질화갈륨 반도체의 전기-빛 변환효율 저하 원인을 규명했다고 16일 밝혔다.

질화갈륨은 파란빛을 발하는 반도체 소재로 LED 조명기기나 디스플레이 제조 시장에서 활용도가 점점 높아지는 추세다.

연구진은 질화갈륨 반도체를 실리콘 기반에서 만들 경우 결정 층 성장 방향으로부터 기울어진 원자결함 구조가 생기는 것을 확인했다.

투과전자현미경 영상 기법을 통해 해당 결함 구조가 기존엔 예상하지 못했던 금속결합으로 구성돼 있다는 게 연구진의 설명이다.

금속결합은 빛으로 변환되는 전자 수가 크게 줄어 효율 저하를 일으킨다. 일반적인 전자현미경 입체 영상 법으로는 수직 방향 구별 능력이 떨어진다.

연구팀 관계자는 “회절 조건 변화를 조합해 원자결함의 입체적 구조를 살필 수 있었다”며 “원자 배열이 바뀌는 결함의 지역에서 회절 조건이 함께 변한다는 점을 이용하면 원자 이동방향을 알 수 있다”고 말했다.

연구팀은 향후에 기울어진 원자결함을 피하는 성장 기술이 나오면 질화갈륨 LED 생산 공정 등에도 큰 변화가 발생할 것이라고 전망했다.

양민호 박사는 “회절 조건 변화는 기초지원연 단색전자빔 이중 수차 보정 투과전자현미경이 지닌 뛰어난 해상도의 입체영상 능력 덕분에 구현할 수 있었다”며 “새로운 전자현미경 기법 개발로 반도체의 효율 문제를 규명한 사례”라고 말했다.

성과를 담은 논문은 나노 레터스 7월 3일자 온라인판에 실렸다.

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