국내 연구진이 형광체를 사용하지 않고도 백색 LED 칩을 만들 수 있는 기술을 개발했다.
조용훈 카이스트(KAIST) 물리학과 교수(사진) 연구팀은 마이크로 크기의 3차원 반도체 구조체를 만들어 형광체가 없어도 백색을 띠는 LED를 제작하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
조명이나 디스플레이의 광원으로 사용되는 백색 LED는 청색 LED에 황색 형광체를 결합하거나 여러 개의 LED 칩을 병렬적으로 조합해 얻는다. 하지만 황색 형광체를 희토류로 만들기 때문에 수입의존도가 높다는 단점이 있다. 여러 색의 LED 칩을 조합하는 방식은 제조비용이 비싼 게 흠이다.
연구팀은 이러한 백색 LED 제조 방식의 단점을 해결하기 위해 하나의 반도체 칩으로 백색 LED를 제작하는 방법을 고안했다. 우선 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용해 3차원 반도체 구조체를 만들었다. 이 구조체를 피라미드 형태로 만든 뒤 뾰족한 꼭대기 부분을 잘라내 마이크로 크기로 제작했다.
이 마이크로 크기의 3차원 구조체는 면마다 다른 색의 빛을 낼 수 있다. 특히 서로 다른 색을 내는 각 면의 면적을 조절할 수 있어 여러 색을 띠는 다수의 LED를 조합하지 않아도 단일 구조체에서 다양한 색의 혼합이 가능하다.
연구팀은 이렇게 만든 마이크로 크기의 3차원 반도체 구조체를 이용해 단일 LED 칩으로 무형광체 백색 LED를 시연하는 데 성공했다.
조용훈 교수는 “이번에 개발한 기술은 차세대 무형광체 백색 광원 제조의 방향성을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 3차원 반도체 공정을 설계해 형광체와 결합하지 않아도 값싸고 성능이 좋은 단일 칩 백색 LED 상용화에 적극적으로 나설 계획”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처가 발행하는 ‘빛:과학과 응용(Light:Science & Applications)’ 최신호의 표지 논문으로 게재됐다.