삼성전자, 세계 최초 유리기판 위 GaN(질화갈륨) LED 구현[SMNR]

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유리창을 조명이나 디스플레이로 활용한다?

삼성전자, 세계 최초 유리기판 위 GaN(질화갈륨) LED 구현


삼성전자 종합기술원
은 10일 세계 최초로 비정질 유리기판 위에 단결정 수준*의 GaN(질화갈륨, Gallium Nitride)을 성장시키고 이를 이용하여 유리기판 상에 질화갈륨 발광 다이오드(GaN LED)를 구현하는데 성공했습니다.


여러분의 추천 한방이 저희에겐 큰 힘이 된답니다~ ^^

단결정*, 너무 생소하신가요? 단결정이란결정 전체가 일정한 결정축을 따라 규칙적으로 생성된 고체 물질을 의미하며, 반도체 소자의 기초가 됩니다.

*단결정(정질) vs 다결정(비정질)이란?
단결정 : 원자들이 3차원 공간 내에 규칙적으로 배열된 상태     예) 사파이어
비정질 : 원자들이 3차원 공간 내에 무질서하게 배열된 상태     예) 유리



세계적 권위의 국제 학술지 ‘네이처포토닉스’에 연구결과 발표


이번 연구결과는 세계적 권위의 국제 학술지인 ‘네이처포토닉스(Nature Photonics) 
인터넷판에 게재되기도 했습니다. 이번 연구는 비정질로되어 있는 유리기판 상에 단결정 수준의 GaN LED가 구현되었다는 점에서 큰 의의가 있습니다.


티타늄 박막을 유리기판에 도입, 비정질의 유리기판에 결정성 부여

단결정GaN LED는 사파이어와 같은 단결정 기판 위에 결정체의 층을 성장시키는 에피택셜(Epitaxial)성장법으로만 구현 가능하다는 것이 과학계와 업계의 상식이었습니다. 삼성전자는 이러한 업계 상식을 넘어 GaN와 결정 특성•구조가유사한 티타늄 박막을 유리기판 위에 도입함으로써 비정질 유리기판에 결정성을부여했습니다.

에피택셜(Epitaxial)성장법
같은 결정체로 2개의 층을 만드는 것으로, 결정체의 층 위에같은 결정체의 층을 성장시키는 방법


이번 연구는 단결정 구조의 GaN 성장이 사파이어와 같은 단결정기판 상에서만 가능하다는 상식을 극복하고, 비정질의 유리기판 상에서GaN LED의 구현 가능성을 세계 처음으로 증명했다는 의미가있습니다.

GaN LED 연구의 주요 역사 1969년 사파이어 기판 상 GaN의 개념을 최초로 제시 -> 1990년대 초반 사파이어 기판 상 GaN LED 상용화. 상용화에 25년 소요 -> 1990년대 초반 실리콘 기판 상 GaN 관련 연구 시도 되었으며, 최근 실리콘 기판 상 GaN LED 상용화 일부 시작. 상용화에 20년 소요 -> 2011년 삼성전자, 비정질 유리기판 상 GaN LED의 가능성 최초 검증
삼성전자는 티타늄과 저온 GaN의 2중 박막을 유리기판 위에증착하여 저온 GaN 박막을 다결정 구조가 되게 하고, 그 위에 SiO2 hole 마스크를 형성했습니다. 이를 통해 GaN를 고온에서 성장시켜 5mm×5mm 영역에서 안정적인 전자발광(EL :Electro Luminescence) 특성을 확인했습니다. 또한,유리기판에 단결정 수준의 GaN을 미세한 피라미드 형태로 성장시키는데 성공했습니다.


멀티 광원을 활용한 대형 사이즈 조명과 디스플레이에 활용 예정

새 공법을 활용하면 기존 2인치 기준 사파이어 기판을 사용할 때에 비해 최대 400배, 기술 개발중인 실리콘 기판보다는 100배 크기의 GaN LED 생산이 가능해집니다.

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 전망입니다.

삼성종합기술원은 유리기판의 상용화 기간을 약 10년 정도로 보고 있습니다. 10 년 후 멀지 않은미래에는 유리창이 조명으로, 디스플레이로 활용돼 각 건물마다 개성을 뽐내는 풍경이 벌써부터 기대됩니다.

 

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