일본 연구진이 양자도트를 이용해 기존 LED보다 10배 이상 발광 강도가 뛰어난 LED를 제작하는데 성공했다.

도호쿠대학 원자 분자 재료 과학 고등 연구 기구, 유체 과학 연구소(IFS) 연구팀, 홋카이도대학 대학원 정보과학 연구과, 도쿄대학 대학원 공학계 연구과 연구 그룹과 공동으로 바이오 템플릿 기술과 융합하여 세계에서 처음으로 고균일·고밀도·무결함의 6층 적층한 3차원 GaAs(갈륨비소)/AlGaAs 양자 도트를 제작했다고 밝혔다.

갈륨비소 등의 화합물 반도체는 실리콘에 비해 발광효율이나 흡광율이 아주 뛰어나고, 특히 화합물 반도체의 양자 도트 레이저는 나노 스케일의 구조로부터 발생되는 양자효과에 의해 저소비 전력으로 적은 온도로 단색의 고발광을 하는 것으로 기대됐다.

그러나 기존의 가공법에은 미세화 한계, 취약한 화합물 반도체와의 반응에서는 상당한 결함이 생성으로 발광 효율이 낮았다. 손상을 회피하기 위해서 개발된 양자 도트 제작법역시 사이즈나 밀도, 위치 등의 제어가 어렵고 고효율인 발광 실현과 발광 파장의 제어가 불가능했다.

연구 그룹은 철 등의 금속 미립자를 내포한 단백질이 특수한 처리를 한 표면에 자발적으로 규칙 정연하게 배열한 구조를 만드는 성질을 이용하여 금속 미립자를 화합물 기판 위에 고밀도(면 밀도 : 1×1,011 cm-²)에 등 간격(20 나노미터 간격)으로 배치했다. 그 후 단백질만을 제거해 금속 미립자를 가공 마스크로서 중성 입자 빔에 의한 무손상 에칭을 실시함으로써 나노미터 오더의 결함이 없는 GaAs/AlGaAs의 6층으로 적층 필라구조를20nm 간격으로 고밀도(6×1,011 cm-³)로 배열한 구조를 세계에서 처음으로 형성했다.

이번 연구에 의해 제작된 고균일·고밀도·무결함의 적층 GaAs/AlGaAs 필라구조는 양자 도트로 제작한 LED는 기존 제품의 10배 이상의 발광강도가 기대된다. .

연구관계자는 “이번에 6층 적층한 양자 도트 구조의 제작에 성공하여 실제 LED 구조에서의 발광을 성공한 것으로 실용화에 한발 내딛었다”며 “대기업 장치 메이커와 장치화로의 검토도 진행되고 있어 가까운 미래의 실용화를 위해 보다 나은 연구를 진행시켜 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편, 이 연구 결과는 2014년 9월 7일에 스페인에서 개최된 ‘IEEE 24th International Semiconductor Laser Conference’ 에서 발표됐다.