한국공학대학교(총장 박건수, 이하 한국공대)는 나노반도체공학과 이성남 교수 연구팀(참여연구원: 이건우, 오재혁)이 질화물계 반도체 발광다이오드(이하 LED)가 적색에서 녹색을 거쳐 청색까지 발광할 수 있는 풀컬러 모노리식 LED 소자 기술을 개발하였다고 27일 밝혔다.

차세대 풀컬러 LED 디스플레이를 구현하기 위해서는 세 가지 웨이퍼에서 각각의 적색, 녹색, 청색 LED를 하나의 디스플레이 판넬에 결합시켜야 하는 매우 복잡하고 어려운 공정으로 상용화에 큰 걸림돌이 되어왔다. 이성남 교수 연구팀은 이번 연구에서 하나의 InGaN LED의 표면에 2차원 나노 구조 형성하고, 이 나노 구조로부터 적색, 녹색 및 청색을 동시에 구현할 수 있는 박막 성장법을 개발하였다.

또한, 이번 연구에서는 파장별 발광세기의 차이를 억제하기 위해, 동일 전류에서 매우 짧은 전류를 주입하는 펄스 주입 조건을 제어하여 파장 제어하는 기술을 개발했다. 일반적인 LED는 연속 주입 전류 조건을 사용하여 구동되지만, 본 연구에서는 동일 전류에서 매우 짧은 펄스와 긴 펄스 주입 조건을 사용하여 발광 파장과 세기를 제어하는 기술을 개발하였으며, 하나의 LED에서 다양한 파장을 얻는 데에도 성공하였다.

한국공대 이성남 교수는“이번 연구 성과는 기존의 질화물 반도체 3차원 나노 구조 LED를 대신하여, 기존 LED 공정이 적용 가능한 2차원 형태의 표면 나노 구조를 이용하여 적색에서 청색까지 가능한 성장 기술을 개발하였다.”며, “ 기존의 적색에서 청색까지 제어 방법을 기존의 연속주입 전류 제어 방식을 벗어나, 동일한 작동 전류에서 단지 펄스 주입의 조건만을 이용하여 다양한 파장과 발광 세기를 동시에 제어할 수 있는 기술을 개발함으로 차세대 LED 디스플레이 및 다기능성 다파장 LED 광원으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

본 연구는 한국연구재단의 중견연구과제 지원을 받아 수행되었으며 광학 및 재료 분야에서 세계적으로 권위 있는 ‘첨단 광학 재료 (Advanced Optical Materials, IF=10.05 (2022)’2023년 7월 24일 자에 온라인판에 게재되었다.

* 논문 출간 관련 

1. 표지논문 선정게재 날짜: 2023년 7월 24일

2. 인터넷사이트 주소:  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202301472

3. 논문 reference 표기: G. W. Lee et al. Advanced Optical Materials doi.org/10.1002/adom.202301472