기판 위에서 스스로 자라나는 LED…미래형 광소자 혁신 작성일 05-26 49 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST, 이황화몰리브덴 발광층 직접 성장시켜 수직 배열 성공<br>육각형 결정 구조 층층이 쌓아 안정적이고 균일한 붉은빛 발광 소자 완성</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="6NOwVR9UWb"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="bc8b67e14c6e12f8045dd6b422fedce398c214fb5f95a5862d22b0d7ba58be3f" dmcf-pid="PjIrfe2uCB" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="기판 위에서 직접 성장한 2차원 반도체 LED 소자의 구조. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/26/seouleconomy/20260526102851724sijg.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="8orkKQB3vK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/26/seouleconomy/20260526102851724sijg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 기판 위에서 직접 성장한 2차원 반도체 LED 소자의 구조. 연구그림=UNIST </figcaption> </figure> <p contents-hash="2278da2e13e97d800aee70f7dfa2886cf5fb2992f8d0a83c456fe69fa3e8f216" dmcf-pid="QCXWicd8yq" dmcf-ptype="general">원자 단위의 얇은 두께를 지닌 2차원 반도체 물질을 기판에 직접 성장시켜 빛을 내는 LED 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존처럼 얇은 소재를 떼어내 다른 기판에 옮겨 붙이는 번거로운 과정을 생략할 수 있게 돼, 미래형 광소자나 양자광원용 2차원 LED의 대량 양산 가능성이 크게 높아졌다.</p> <p contents-hash="7f8154f0228ed6459c80323c915455b973b6f53c923a2ac206689de8e8bccda3" dmcf-pid="xhZYnkJ6lz" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST) 물리학과 정건욱 교수 연구팀은 차세대 발광 소재인 ‘이황화몰리브덴’을 활용해 전사(transfer) 공정이 필요 없는 2차원 반도체 LED 소자를 구현해 냈다고 26일 발표했다. 발광층으로 쓰인 이황화몰리브덴은 원자 몇 개 층에 불과한 얇은 두께로도 가시광선을 방출해 차세대 광학 소자 및 양자광원의 핵심 소재로 꼽힌다.</p> <p contents-hash="73b90213f29c7324967de247207d047c29a212e3d7892306b2a5b7912970eb49" dmcf-pid="y4iR57XSv7" dmcf-ptype="general">그동안 2차원 반도체를 이용한 LED는 소재를 따로 합성한 후 기판에 옮기는 방식을 주로 사용해 왔다. 하지만 이 전사 과정에서 소재가 오염되거나 틈새가 생기는 문제가 잦았고, 크기나 형태가 들쭉날쭉해 균일한 품질로 대량 생산하는 데 큰 어려움이 따랐다.</p> <p contents-hash="68431a83bb1cd41fa8419dee7fce7eb61b4efa775fa91cbcb452dd917bc31336" dmcf-pid="W8ne1zZvlu" dmcf-ptype="general">이를 극복하기 위해 연구팀은 기판 위에서 발광 물질이 곧바로 자라나도록 공정 순서와 구성 물질을 최적화해 고품질 소자를 완성했다. 통상적인 LED는 p형과 n형 반도체 사이에 발광층이 삽입된 형태를 띠는데, 연구팀은 p형 질화갈륨(GaN) 기판 위에 이황화몰리브덴을 직접 성장시킨 뒤, 그 위에 n형 산화아연(ZnO) 나노막대를 수직으로 배열하는 구조를 고안했다. 이들 세 물질은 공통적으로 육각형 결정 구조를 지니고 있어 층층이 안정적인 직접 성장이 가능하다. 또한 고온 공정이 필수적인 질화갈륨을 가장 먼저 증착시켜 열에 취약한 이황화몰리브덴의 손상을 원천적으로 차단했다.</p> <p contents-hash="d52177333b78c6d25e06dc5cf6b2062a40050339d8a44c55e43ab5e8cea05d9f" dmcf-pid="Y6Ldtq5TCU" dmcf-ptype="general">새롭게 개발된 소자는 결정 방향이 일치하는 단결정 적층 형태를 띠고 있어 균일도 높은 소자를 만드는 데 유리한 구조적·광학적 특성을 지닌다. 특히 전류를 주입하자 발광층에서 630나노미터(nm)와 705nm 파장의 명확한 붉은색 발광 신호가 관측됐다. 이는 단순한 조명용 LED의 역할을 넘어, ‘스핀-궤도 결합’과 같은 양자 현상을 응용한 양자광원으로까지 쓰일 수 있다는 잠재력을 입증한 결과다.</p> <p contents-hash="164ebcfaa50bbff7756dd45eafb9a481f4b0190d04809728ce84b2fef73a225b" dmcf-pid="GPoJFB1yhp" dmcf-ptype="general">정건욱 교수는 “2차원 반도체 LED가 연구실 단위 시연에 머물렀던 이유 중 하나는 얇은 박막을 옮겨 붙이는 공정의 불균일성”이라며 “이번 연구는 발광층을 기판 위에서 직접 자라게 해 2차원 반도체 LED도 기존 반도체 공정처럼 균일한 적층 구조로 만들 수 있음을 보인 사례”라고 설명했다. 이어 “소자 효율을 더 높여 질화갈륨 기반 LED 공정과 결합한다면 붉은색 화소나 양자광원 소자로 발전시킬 수 있을 것”이라고 덧붙였다.</p> <p contents-hash="a36a73b6a352d689a66494508e017c87fa1fdb3757eb647878962a8030a0a4ad" dmcf-pid="HQgi3btWC0" dmcf-ptype="general">한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(한국연구재단)와 산업통상자원부(한국산업기술진흥원)의 후원으로 진행됐으며, 성과의 우수성을 인정받아 세계적인 나노 분야 국제학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’의 4월 21일 자 온라인판에 부표지(Supplementary Cover) 논문으로 게재됐다.</p> <p contents-hash="21c1ef2c33d1d33d1c5d8409cbe55afb45a9c84c77ea223a15a39b83039fab87" dmcf-pid="Xxan0KFYv3" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 위세아이텍, 8년 연속 공공데이터 품질관리 사업 수행 05-26 다음 국가 R&D 예산 심의도 맡는다...공공 인프라 된 'K-AI' 05-26 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
