삼성전자, 세계 최초로 유리기판 위에 질화갈륨 LED 구현

삼성전자 종합기술원은 10일 세계 최초로 비정질 유리기판 위에 단결정 수준의 GaN(질화갈륨, Gallium Nitride)을 성장시키고 이를 이용해 유리기판 상에 GaN LED를 구현하는데 성공했다고 발표했다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 국제 학술지인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’ 인터넷판(10일자)에 게재됐다. 이번 구현을 통해 향후 GaN LED가 멀티 광원을 활용한 대형 사이즈의 조명과 디스플레이용 컬러표시소자 등 옵토 일렉트로닉스

(opto electronics) 분야에 확대 적용 되는데 기반이 될 전망이다.

유리기판은 대면적으로 만들기 쉽고 가격도 저렴하게 할 수 있다는 점에서 이상적인 기판 재료임에는 분명하지만, 비정질로 돼 있어 이제까지는 유리기판 상에 단결정 수준의 GaN LED가 구현된 적이 없다.

단결정 GaN LED는 사파이어와 같은 단결정 기판 위에 결정체의 층을 성장시키는 에피택셜(Epitaxial)성장법으로만 구현 가능하다는 것이 과학계와 업계의 상식이었다.

이번 연구는 단결정 구조의 GaN 성장이 사파이어와 같은 단결정 기판 상에서만 가능하다는 상식을 극복하고, 비정질의 유리기판 상에서 GaN LED의 구현 가능성을 세계 처음으로 증명했다는 의미가 있다.

삼성전자는 티타늄과 저온 GaN의 2중 박막을 유리기판 위에 증착해 저온 GaN 박막을 다결정 구조가 되게 하고, 그 위에 SiO2 hole 마스크를 형성했다.

이를 통해 GaN를 고온에서 성장시켜 유리기판에 단결정 수준의 GaN를 미세한 피라미드 형태로 성장시키는데 성공했다.

이렇게 유리기판 상에 GaN을 성장시켜 GaN LED를 구현한 삼성전자는 5mm×5mm 영역에서 안정적인 EL(Electro Luminescence) 특성을 확인했다.

◆용어설명

△단결정(정질) vs. 다결정(비정질)

- 단결정 : 원자들이 3차원 공간 내에 규칙적으로 배열된 상태. 예) 사파이어

- 비정질 : 원자들이 3차원 공간 내에 무질서하게 배열된 상태. 예) 유리

△에피택셜(Epitaxial) 성장법

- 같은 결정체로 2개의 층을 만드는 것으로, 결정체의 층 위에 같은 결정체의 층을 성장시키는 방법