산화물 반도체 자발 나노구조주름패턴 형성을 통한 고효율 LED 기술 개발
[컨슈머타임스 안우진 기자] 한국산업기술대학교(총장 박건수, 2022년 3월 한국공학대학교로 교명 변경, 이하 산기대) 나노반도체공학과 이성남 교수 연구팀(참여핵심연구원: 이건우, 나영채)은 산화물반도체 나노주름네트워크 형성을 통한 고효율 LED 기술을 개발했다.
이에 본 연구 결과의 우수성을 인정받아 응용 물리 및 신소재 분야에서 세계적으로 권위 있는 '어드밴스드 머터리얼즈 인터페이시스 (Advanced Materials Interfaces)'에 2월 3일자 표지 논문으로 선정·게재됐다.
기존의 기술은 LED 소자의 전류 흐름을 향상시키기 위해 인듐주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide)을 사용해 광효율 향상시킨다. 하지만 투명전극으로 사용하고 있는 ITO재료의 인듐이 고가의 희유금속이기 때문에 산화아연계 반도체 재료가 대체물질로 각광 받고 있다.
본 연구에서는 산화아연계 반도체 박막을 졸-젤법을 이용해 LED 웨이퍼 위에 형성하고, 적절한 열처리 공정을 통한 나노주름네트워크 구조를 자발적으로 형성한 투명전극을 LED에 적용해 전류 퍼짐현상과 광추출 효율을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다.
특히 추가적인 증착·식각공정 없이, 졸-젤 공정에 포함된 열처리 공정을 변화해 표면 나노구조의 형태를 LED 소자의 광추출에 최적화된 나노주름네트워크 구조로 형성했다.
이 나노주름네트워크 구조는 광추출 효율을 극대화할 뿐 아니라 LED 소자의 투명전극으로 사용할 수 있는 두 가지 역할을 동시에 할 수 있음을 확인했다. 또한 나노주름네트워크 구조를 이용해 광의 발광 각도를 제어할 수 있음을 확인했다.
이성남 교수는 "이번 연구 성과는 기존의 고가의 인듐주석산화물을 대신할 수 있는 투명전극을 저가의 용액 공정인 졸-젤법으로 대체할 뿐 아니라 열처리 과정에서 나노주름네크워크 구조의 형성 기구 해석하고 이를 이용한 LED의 효율을 향상시킬 수 있는 핵심 응용 기술을 개발했고 이 기술은 향후 차세대 고추출 효율 LED 광원 및 마이크로 LED 디스플레이 광원으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
한편 본 연구는 한국연구재단의 중견연구과제 지원을 받아 수행됐으며 응용 물리 및 신소재 분야에서 세계적으로 권위 있는 '어드밴스드 머터리얼즈 인터페이시스 (Advanced Materials Interfaces)'2022년 2월 3일자에 표지 논문에 선정 게재됐다.
