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GIST, 녹색 LED 저효율 미시영역 관측·분석 성공
미시 구조 소자의 성공적 개발 위한 초석 기대
2018년 02월 08일 (목) 10:26:55
   
▲GIST 임상엽 박사

[대학저널 임승미 기자] GIST(총장 문승현) 고등광기술연구소 임상엽 박사팀이 녹색 LED의 저효율 요인을 마이크로 형광 이미징 기법을 이용, 미시영역에서 관측한 결과 미세 발광센터들이 Auger 결합 프로세스에 의한 비발광 손실을 심화한다는 사실을 밝혔다.

녹색 파장영역에서 효율이 높은 LED 물질을 찾지 못한 상황을 '그린갭(green gap)'이라고 일컫는다. 특히 질화 인듐 갈륨(InGaN) 화합물의 인듐 조성을 높여 얻은 녹색 LED의 효율 저하에 대한 연구가 진행돼 왔다. 하지만 기존 연구는 대부분 거시적 관점에서 녹색 LED의 낮은 효율에 대한 다양한 가능성을 제안하고 있다. 명확한 연구성과 대신 주요 요인에 대한 논쟁은 여전히 진행되고 있다. 

이에 연구팀은 InGaN 반도체 양자우물구조를 연구 대상으로 삼고 미시영역에서 광 특성을 측정·분석하기 위해 마이크로 형광 이미징 기법을 적용했다. 이 기법은 현미경에 형광 스펙트럼 획득장치를 연동함으로써 영상화하는 영역의 공간정보와 함께 스펙트럼 정보를 획득할 수 있다.

이를 통해 형광 스펙트럼의 세기와 파장 정보 등을 추출, 재구성함으로써 여기광원에 의해 발생한 전하운반자가 미시영역에서 어떤 방식으로 행동하는지를 면밀히 관찰할 수 있다. 특히 여기광원(매질을 여기(광펌핑)하기 위한 광원)의 세기가 증가함에 따른 광 특성 변화 추이를 관측함으로써 미시영역에서 광 효율에 관한 기초자료를 획득할 수 있었다.

   
▲마이크로 형광 이미징 장치 및 이를 이용한 녹색 LED 물질의 형광 이미지

연구팀은 서브마이크로미터 발광센터에서는 좁은 영역 내에 고밀도의 전하운반자가 한정돼 비발광 Auger 결합 현상이 극심하게 발현된다는 사실을 발견했다. 뿐만 아니라 이와 같은 서브마이크로미터 발광센터의 형성은 LED의 유효 발광영역의 전체 부피를 감소시킨다는 것을 새롭게 확인했다.

임상엽 박사는 "이번 연구결과는 녹색 LED의 저효율에 관해 미시영역에서 처음으로 관측하고 분석했다는 데 큰 의의가 있다"며 "앞으로 마이크로 LED와 같은 미시 구조 소자를 성공적으로 개발하기 위한 초석으로 사용되길 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 이공학개인기초연구지원사업과 GIST 고등광기술연구소의 나노바이오광기술 연구과제의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 광학 분야 국제학술지인 ACS 포토닉스(ACS Photonics)에 지난 1월 8일자로 온라인에 게재됐다.


임승미 기자 lsm@dhnews.co.kr
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