“앞으로 발광다이오드(LED)의 미래는 ‘갈륨나이트 온 갈륨나이트(GaN on GaN)’ 기술에 달렸습니다.”
LED 세계 최고 전문가이자, ‘청색 LED의 아버지’로 불리는 나카무라 슈지 미국 산타바바라 대학 교수는 서울 양재동 엘타워에서 개최된 ‘제 1회 글로벌 LED 미래포럼’ 기조강연에서 “1세대 LED가 사파이어 기판에 GaN을 증착시켜 만들었다면, 2세대 LED는 GaN에 동질의 GaN을 성장시켜 보다 양질의 LED를 구현해 내는 것”이라며 “현 기술적 난제들을 원천적으로 해결할 수 있다”고 강조했다.
LED 칩은 1000∼1200도로 가열된 유기금속화학증착장비(MOCVD) 내부에 TMG와 나이트로젠 가스를 주입해 사파이어 웨이퍼 표면에 GaN을 증착시켜 만든다. 도시바, 삼성전자 등 일부 업체에선 사파이어 대신 실리콘 기판을 활용하기도 한다. 웨이퍼와 GaN간 결정 구조가 비슷할수록 보다 고품질 LED를 만들 수 있다.
나카무라 교수는 “현 LED 제품의 불량 가운데 90%가 결정 구조 차이로 인한 ‘디스로케이션(Dislocation)’이 문제”라며 “GaN 기판에 동질의 GaN으로 성장시킨다면 이러한 문제를 완벽하게 없앨 수 있고, 소비 전력도 획기적으로 줄일 수 있다”고 강조했다. 그는 이어 “이에 맞춰 MOCVD도 업그레이드 하는 연구를 한창 진행 중”이라며 “GaN의 가격이 보다 낮아진다면 상용화도 보다 빨라질 것으로 예상된다”고 말했다.
나카무라 교수는 또 하나의 2세대 LED 핵심 기술로 직류구동(DC) LED를 넘어 고역률·고신뢰성·고효율의 교류구동(AC) LED가 대세로 자리 잡을 것이라 전망했다. 지금은 직류 DC에서 별도의 컨버터를 붙여 AC로 교체해 사용하고 있다.
나카무라 교수는 “AC LED로 사용된다면 전체적인 칩 구조가 간단해지면서 모듈 크기를 줄일 수 있고, LED 칩을 더욱 소형화할 수 있게 될 것”이라고 말했다.
나카무라 교수는 청색 LED를 세계 처음 개발했으며, 이를 계기로 기사광원의 모든 원색을 LED로 구비할 수 있게 됐다. 또한 핵심 장비인 MOCVD를 처음으로 연구 개발해 발표하기도 했다.
성현희기자 sunghh@etnews.com
