관련 통계자료 다운로드 수직·수평형 LED 칩 비교
LG이노텍이 차세대 발광다이오드(LED) 칩 기술로 부상 중인 ‘수직형’ LED 칩 개발에 성공, 양산에 돌입했다. 삼성LED도 수직형 LED 칩 생산을 위해 최근 국내 장비 전문업체와 손잡고 양산 기술을 막바지 개발 중이다. 수직형 LED 칩은 기존 수평형 LED 칩의 광효율과 양산 수율을 획기적으로 끌어올릴 꿈의 칩 구조다. 미국 크리나 독일 오스람 등 해외 유수 업체도 아직 소량 생산에 그치는 등 초기 단계여서 국내 LED 업계의 기술 경쟁력을 세계적인 수준으로 끌어올릴 전기를 마련할 전망이다.
4일 업계에 따르면 LG이노텍(대표 허영호)은 최근 수직형 LED 칩을 개발 완료하고, 조명용으로 첫 양산을 시작했다.
삼성LED(대표 김재욱)도 국내 장비 전문업체인 AP시스템(대표 정기로)과 수직형 LED 칩 장비 공급 계약을 맺고, 양산 기술 개발을 추진 중이다. 이 수직형 LED 칩 양산 장비는 종전 2인치 웨이퍼용 수동 장비와 달리, 8인치까지 수용할 수 있는 완전 자동형 장비다.
LG이노텍은 ‘엑시머 레이저 탈착장비(LLO)’를 활용해 수직형 LED 칩 양산의 가장 큰 난제인 사파이어 기판 분리 기술을 구현했다. 사파이어 기판을 분리할 때 미세 조각이 떨어져나가 수율을 떨어뜨리는 문제점을 LLO 장비로 해결했다.
LG이노텍 관계자는 “박막 분리 과정에서 정밀 레이저 공정을 거쳐 충격파 발생을 최소화해 파편 발생률을 획기적으로 줄였다”면서 “조명용으로 양산을 시작해 효율과 수율을 동시에 개선한 국산 수직형 LED 칩을 선보일 것”이라고 말했다.
LG이노텍은 또 n(-)전극 질화갈륨(GaN)층 표면에 광결정 구조를 일정하게 형성, 빛 효율을 향상시킬 수 있는 기술도 수직형 LED 칩 양산에 적용하기로 했다. 이와 함께 구리판에 은화합물을 발라 p(+)전극의 반사율을 10% 이상 끌어올리는 기술 개발에도 박차를 가했다.
기존 수평형 LED 칩은 부도체인 사파이어 기판에 p(+)극과 n(-)극을 거의 수평으로 배치한 뒤 기판을 그대로 둔다. 사파이어 기판이 부도체여서 발열 문제가 생기며, GaN층 접합 부분에서 빛이 손실된다. 반면에 수직형 LED 칩은 사파이어 기판을 떼내고 그 대신 금속(구리) 기판에 p(+)극과 n(-)극을 수직으로 배열한다. 열 전도성이 좋은 금속 기판으로 열 방출이 쉽고, 넓은 발광 면적에 모든 방향으로 빛을 발생시켜 효율이 뛰어나다. 금속 전도체를 접합함으로써, 정전기 발생이 적어 칩의 신뢰성도 높아진다. 사파이어 기판을 없애 더욱 얇게 만들 수 있다.
사파이어 기판 분리 기술과 금속 기판 접합 기술이 극히 어려워 세계적으로도 양산에 성공한 기업이 드물다. 미국 크리나 독일 오스람조차 극히 소량만을 양산하는 정도다. 이는 LG이노텍의 양산을 기술적 개가로 평가하는 이유다.
수직형 LED 칩의 양산 안정화는 물론이고 특허 문제 극복도 과제다. 수직형 LED 칩의 특허는 대부분 GaN층 분리에 관한 기술이다. 제록스·오스람·UC버클리 등의 박막 분리 기술이 원천 특허로 알려졌다. 박종국 미국 변호사는 “GaN층 분리 기술의 원천 특허가 강력해 국내 업계는 이를 피해 가거나 다른 특허로 해결할 방법을 찾아야 한다”면서 “장비 업체들도 공정 기술 특허 등 다양한 세부 특허에 주의를 기울일 필요가 있다”고 지적했다.
이동인기자 dilee@etnews.co.kr