국내 연구팀이 실리콘 기반 질화갈륨(GaN) 반도체붙임의 전기-빛 변환 효율이 낮은 이유를 밝혀냈다.
한국기초과학지원연구원(KBSI) 양민호·백현석·이문상 박사 연구진은 새로운 투과전자현미경붙임 영상기법을 개발, 실리콘 기반 질화갈륨 반도체의 전기-빛 변환효율붙임 저하의 원인이 원자 결함에 있다는 것을 규명하는 데 성공했다.
이번 연구 성과는 나노소재 분야 세계 최고 권위 학술지 ‘나노 레터스’에 지난달 3일 자 온라인판에 게재됐다.

연구진은 차세대 반도체 소재로 각광받는 질화갈륨 반도체를 실리콘 기반에서 만들 경우, 결정층이 만들어지는 성장 방향에서 기울어진 원자결함 구조가 생기는 것을 확인, 새로운 3차원 현미경 영상기법을 활용해 결함 구조가 기존엔 예상하지 못했던 금속결합으로 구성돼 있다는 것을 확인했다.
실리콘 기반으로도 현재의 사파이어 기반 LED와 같은 품질의 LED 생산이 가능해지면 9배 이상 넓은 질화갈륨을 생산이 가능해질 뿐 아니라 실리콘 기반의 장비와 기술들을 거의 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 전자현미경 입체 영상법은 평면에 비해 수직 방향 구별 능력이 떨어져 입체적인 원자 구조의 분석이 어렵지만 연구진은 이 영상기법에 회절조건 변화를 조합, 원자결함의 입체적 구조를 밝혀냈다.
회절은 전자빔이 원자 배열의 특정한 각도에서 강한 반사를 일으키는 현상으로 원자배열이 바뀌는 결함 지역에서 회절조건도 변하는 점을 이용하면 원자들의 상하좌우 이동방향을 알 수가 있다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com