김진수 전북대학교 신소재공학부 교수가 그래핀을 LED전극으로 사용, 효율이 올라가는 메카니즘을 처음 규명했다고 9일 밝혔다.
현재 LED는 ‘인듐주석산화물’을 투명전극 물질로 주로 사용하고 있다. 단파장 영역으로 갈수록 투과도가 저하된다. 제작 비용도 상승한다. 딱딱한 성질로 인해 유연성 있는 반도체 광전소자 제작에도 한계를 보이고 있다.
최근 이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 그래핀을 전극으로 사용하는 LED 연구가 진행되고 있다.
그래핀은 높은 전기전도성과 가시광선 파장대역에서 90% 이상의 우수한 투과율을 갖는다. 이 때문에 디스플레이에 응용할 수 있는 적색, 녹색, 청색 LED 제작에 적합한 신소재 물질로 여기진다.
그러나 그래핀을 LED의 투명전극으로 사용하는 가능성은 증명됐지만 이에 대한 물리적 증명 및 이론적 해석은 거의 없었다.
김 교수 연구팀은 한국전자통신연구원(ETRI), 미국 조지아공대 등과 공동연구를 통해 그래핀 전극을 갖는 LED를 제작했다. 기존에 설명이 제한적이었던 투명전극과 광이 형성되는 활성층 사이의 에너지전달 메커니즘에 대한 실험적 근거와 해석도 진행했다.
연구팀은 청색 빛을 방출하는 LED 구조 위에 일반적인 화학기상증착법을 통해 단일층, 이중층, 삼중층, 사중층을 갖는 그래핀을 제작했다. 이를 전기, 구조 및 광학적 특성평가 방법을 통해 인륨갈륨질소/갈륨질소(InGaN/GaN) 활성층에서 광이 방출되는 과정에서 그래핀층 사이에 에너지변환과정을 규명했다. 연구결과는 지난달 국제학술지 ‘나노레터’에 게재됐다.
김진수 교수는 “이번 연구는 그래핀을 LED 전극으로 사용해 효율이 크게 향상되는 과정을 처음으로 실험을 통해 밝힌 것”이라고 말했다.
그는 또 “저비용으로 고효율의 LED를 제작하는 데 기여할 수 있는 연구가 될 것”이라고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com