▲ (a) 일렬로 배열되어 있는 탄소나노튜브 템플릿 구조, (b) 질화인듐갈륨 삼원계 나노 결정 구조체가 형성된 전자현미경 모습, (c) (b)를 확대한 나노 결정 구조체, (d) 탄소나노튜브 하부에 형성된 질화갈륨 이원계 육각 형태의 결정체의 형상 .

녹색 LED의 발광 문제가 탄소나노튜브 질화물계 나노 결정구조로 해결이 되어 향후 고효율 청색 LED 발광소자처럼 발전할 것으로 예상된다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 신진연구자지원사업의 지원을 받은 이성남 교수 연구팀(한국산업기술대)이 최근 탄소나노튜브를 이용하여 질화물계 나노 결정을 성장시키는 방법으로 고효율 녹색 LED 제작의 기반 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

반도체 발광소자의 경우 00nm(나노미터) 이상과 600nm 이하의 파장대에서 양자효율이 급격히 감소해 고효율의 발광소자를 얻기 어려운 영역을 그린갭이라고 한다. 이때 그린갭의 파장 영역에서 노색과 적색 사이 파장의 빛을 만들 수 있는 것이 녹색발광 나노결정 기술이다.

현재 질화물 반도체는 LED 상업화 단계에 이르렀고, 특히 백색 LED 조명용 광원으로의 매우 큰 응용이 확대되고 있으며 가스센서, 배터리 전극 및 전계발광 디스플레이 재료로 각광을 받는 탄소나노튜브를 하부 탬플릿으로 사용해 탄화물 빛 질화물계 나노 막대 및 나노와이어로 개발하려는 연구가 각광 받고 있다.

하지만 질화물 반도체를 이용해 자외선과 가시광 영역의 발광을 얻기 위해서는 반드시 균일한 삼원계 질화물 반도체 나노구조 형성 및 제어기술이 필수적이나 현재까지 이에 대한 연구가 전무한 실정이었다.

이에 이성남 교수 연구팀은 융합 나노구조를 탄소나노튜브를 이용해 500~600nm 영역의 그린갭을 극복할 수 있는 삼원계 질화물 반도체 나노 구조 성장법을 개발하는데 성공했다,

연구팀은 연구팀은 실리콘 기판위에 탄소나노튜브를 수직으로 성장시킨 후 금속유기화학증착* 장치 반응로 속에 두고 탄소나노튜브 상부에 갈륨 원자와 질소 원자를 주입하고, 주입한 원자가 탄소나노튜브를 따라 내려가 아래쪽에 육각형 모양의 질화갈륨 층을 만들었고 인듐-갈륨-질소를 주입하여 질화인듐갈륨 삼원계 나노 결정을 탄소나노튜브 끝자락에 형성했음을 밝혀냈다.

연구진은 개발한 기술을 이용할 경우, 그린갭을 해결할 수 있는 뿐 아니라, 질화인듐갈륨 나노결정의 인듐 조성을 조절하여 자외선에서 가시광 영역까지의 발광이 가능한 나노 융합 구조로 고효율 발광소자로 발전할 수 있을 것으로 예상된다고 밝혔다.

이어 질화물계 반도체 나노 결정구조 형성시 이원계 질화갈륨 및 삼원계 질화인듐갈륨 나노구조의 형성 원리를 해석함으로 질화물계 나노결정-탄소나토튜브-질화물계 나노결정 구조의 발광 다이오드 및 전계 효과 트랜지스터로 확대 가능할 것임을 이야기 했다.