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고효율 저비용 자외선 발광 다이오

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글쓴이 최고관리자 등록일 14-11-03 22:17
조회 739
    파장 길이가 300 나노미터(nm)에 이르는 깊은 자외선은 산업과 공업 부분에서 매우 중요한 역할을 한다. 접합 큐어링(adhesive curing), 리소그래피 패턴 및 생물학적 소독 등 매우 다양한 분야에 활용된다. 최근까지 이러한 스펙트럼 레인지의 광 소스는 벌크형 값비싼 가스 기반 소스로 구성되었다. 저널 나노테크롤로지를 통해서 오하이오주립대학(Ohio State University) 연구진은 촉매를 사용하지 않는 AlGan 나노와이어 이종접합 구조로 된 깊은 발광 다이오드에 대한 연구결과를 발표하였다. 연구진은 종래의 자외선 발광 다이오드보다 제조비용이 낮은 고효율 다이오드를 만들 수 있는 계기를 만들었다.

    넓은 밴드갭을 가진 반도체(GaN, AlGaN)는 자외선 영역에서 LED 소재로 많이 연구되었다. 또한 이러한 연구를 통해서 다이오드의 크기 및 그 제조비용을 줄이고자 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 스펙트럼 영역에서 효율성이 높은 발광체를 구현현하기 위해서는 AlGaN 합금 사용이 요구된다. 이는 곧 값비싼 기판의 사용 및 까다로운 공정 기술이 필요하다는 것을 의미한다.

    오하이오주립대학 재료과학 및 공학부 Roberto Myers 교수가 이끄는 연구진은 저비용 실리콘 기판을 이용하여 250nm 파장 영역에 방출하는 소자를 성장시키는 기술을 개발했다. 이러한 소자를 만드는 데에는 “극성도핑(polarization doping)”이라고 알려진 독특한 기법이 사용된다. 이러한 방법을 통해서 AlGaN 고유한 결정 구조의 장점을 그대로 활용할 수 있다.

    소자 설계에서 LED 방출 스펙트럼을 조절하기 위해서 여러 많은 활성화 영역 물질 소재가 사용될 수 있다. 연구진은 GaN 활성화 영역을 사용하여 밝은 자외선(365nm) LED를 사용했다. 그러나 300nm 영역 아래로 방출 스펙트럼을 조절하는 것은 매우 어렵다는 것을 확인했다.

    스펙트럼 방출 활성화 영역이 300nm 이하가 될 때에는 일반적인 조건에서 만들어진 소자는 기생적으로 형성되는 깊은 수치의 스펙트럼 방출이 주가 된다. 이러한 기생적인 방출은 물질의 성장 온도를 크게 상승시켜 제거할 수 있다. 결과적으로 이를 통해서 250nm 스펙트럼 방출 소자를 만드는 것이 가능해진다. 이러한 파장 길이는 지금까지 보고된 것 중 가장 짧은 스펙트럼이라고 연구진은 밝혔다. 이번 연구는 Nanotechnology에 “Deep ultraviolet emitting polarization induced nanowire light emitting diodes with AlxGa1−xN”이라는 제목으로 게재되었다. (doi:10.1088/0957-4484/25/45/455201)

    그림. 고온 활성화 영역에서 성장된 나노와이어 LED로부터 방출되는 깊은 자외선, LED 소자의 전류에 전압 특성(왼쪽), 전류 상승에 따른 전계발광 및 파장의 변화(오른쪽)

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