최근 일본·미국 학계에서 심자외선(DUV, Deep UltraViolet) 발광다이오드(LED)의 효율을 크게 개선한 연구 성과를 잇따라 내놓았다. DUV LED는 200∼350㎚의 단파장대 심자외선을 발생하는 LED로, 향후 환경·의료 등 특수 시장에 활용성이 높은 분야다. 효율을 더욱 높이는 기술을 개발할 경우 조명·백라이트유닛(BLU) 등에 쓰이는 백색 LED의 양산 기술로도 응용 분야를 확대할 수 있을 전망이다.
8일 외신 및 업계에 따르면 LED 선진국인 일본·미국 등지에서 최근 종전보다 양자변환(발광) 효율을 높인 DUV 제조 기술이 속속 개발되고 있다.
일본 과학기술원과 사이타마대학, 물리화학연구소 등은 최근 250∼262㎚ 파장대에서 다중양자벽(MQB) 전자차단층을 활용해 기존 대비 효율을 2.7배 이상 크게 개선한 기술을 개발했다. 250㎚급 LED로 구현할 경우 상온에서 외부 양자 효율과 출력 전압은 각각 1.18%와 4.8mW에 달한다. 이는 세계적으로 보고된 DUV LED 가운데 최고 수준이라고 연구팀들은 전했다.
또한 최근 일본 나고야 기술연구소와 NGK는 260∼270㎚ 파장대에서 내부 양자 효율 33%에 달하는 DUV LED를 만드는 데 성공했다. DUV LED의 내부 양자 효율은 불과 수년전만해도 한자릿수대에 그쳤다. 33%의 효율이면 환경·의료 분야 등 특수 시장에서 DUV LED가 빠르게 보급될 수 있는 수준이라는 게 전문가들의 평가다.
이에 앞서 미국 콜럼비아대 센서전자기술 연구팀은 올초 250㎚ 이하 파장대에서 출력 전압 2mW의 효율을 낼 수 있는 연구 성과를 도출해 내기도 했다.
단파장대 빛의 특성을 이용한 DUV LED는 살균·정수·의료·조명(고연색)·자외경화수지 등을 다양한 특수 분야에 활용할 수 있다. 또한 효율을 획기적으로 개선할 경우 조명·BLU용 백색 LED 칩을 구현하기도 용이한 기술이다. 그러나 에피 웨이퍼 가격이 워낙 고가인 데다 지금까지 수율과 광 효율도 극히 저조해 상용화까지는 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상됐다. 해외 연구진들은 웨이퍼상에 다양한 혼합결정을 조합하는 등의 방법으로 고출력 LED 소자를 개발해왔다.
서한기자 hseo@etnews.co.kr