삼성전자종합기술원은 10일 세계 최초로 '비정질 유리기판 위에 단결정 수준의 질화갈륨(GaN) LED를 구현하는 기술'을 개발했다고 발표했다.
5년여의 연구 끝에 개발에 성공한 이번 기술은 상용화 때 LED 제품의 대형화와 저비용화에 크게 기여할 것으로 보인다.
특히 이 신기술을 10세대(288×313㎝) 유리기판에 적용할 경우 종전 실리콘 기판의 100배, 사파이어 기판의 400배 크기에서 GaN LED를 대량 생산할 수 있다. GaN LED가 종전 사파이어나 실리콘 기판이 크기 제약으로 인해 대량 생산에 적합하지 않았던 단점을 보완해줄 수 있다는 의미.
그간 GaN은 깨지기 쉬운 특성으로 사파이어를 비롯한 단결정 기판을 통해서만 7.62∼10.16㎝(3∼4인치) 크기로 제조됐다.
그러나 삼성은 이번에 비정질 유리기판 위에 단결정 수준의 GaN을 성장시켜 GaN LED를 구현해냈다. 삼성은 유리기판 위에 GaN LED를 구현하기 위해 티타늄과 저온 GaN을 2중 박막으로 구성, 유리기판 위에 증착시키는 획기적인 방법을 활용했다.
이어 저온 GaN 박막을 다결정 구조로 만든 후 그 위에 이산화규소(SiO2) 홀 마스크를 형성했다.
이를 통해 GaN을 고온에서 성장시켜 유리기판에 단결정 수준의 GaN을 미세한 피라미드 형태로 만드는 데 성공했다는 것.
그 결과 삼성전자는 5×5㎜ 영역에서 안정적인 전자발광(EL) 특성을 확인했다.
최준희 삼성전자종합기술원 전문연구원은 "이번 연구는 단결정 구조의 GaN 성장이 사파이어와 같은 단결정 기판 위에서만 가능하다는 종래의 상식을 극복하고 비정질의 유리기판 위에서 GaN LED 구현 가능성을 세계 처음으로 증명했다는 의미가 있다"면서 "10년 후 대형 건물 유리창이 조명으로 디스플레이되는 시대가 올 것"이라고 말했다.
한편 삼성의 이번 연구 결과는 세계적 권위의 국제 학술지인 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)' 인터넷판(10일자)에 게재됐다.
/hwyang@fnnews.com양형욱기자
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