[한국기술뉴스] 한국공학대학교 나노반도체공학과 남옥현 교수 연구팀은 결함을 최소화 해 질화물 반도체의 나노 막대를 형성하는 장치를 개발했다. 개발된 기술은 한국공학대학교 산학협력단을 통해 2016년 03월 09일 특허를 출원(출원번호 제1020160028407호)했다. 특허 명칭은 '질화물 반도체 나노 막대 장치 및 그 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

휴대전화나 컴퓨터, TV와 같은 전자기기부터 로봇이나 우주선까지 거의 모든 기계에는 반도체가 사용됩니다. 반도체는 전자기기에서 전기신호를 읽고 정보를 저장 및 처리하는 핵심 부품입니다. 사물인터넷이나 자율주행과 같은 차세대 기술에서도 필수적으로 사용되어 수요가 더욱 증가하고 있습니다. 최근에는 실리콘 대신 질화갈륨을 사용하여 반도체를 제작해 소비 전력을 줄이고 내구성을 높이기 위한 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 질화물 반도체는 원소 간 열팽창계수의 차이로 결정 결함이 발생한다는 문제가 있습니다. 결함의 영향을 줄이기 위해 기판의 표면에 나노구조를 형성하는 방법이 개발되었지만, 고온에서 형성된 나노구조가 불균일하고 휘어지는 문제가 발생했습니다.

한국공학대학교 남옥현 교수 연구팀은 기판의 표면에 수소 처리 후 저온 버퍼를 성장시켜 안정적으로 나노 막대를 형성하는 방법을 개발했습니다.

사파이어 기판의 N극성 부분을 수소 처리해 산화알루미늄층을 형성합니다. 산화알루미늄층이 형성된 기판을 열처리한 후 질화처리 해 버퍼층을 형성합니다. 질화처리의 속도나 온도, 버퍼층의 두께를 조절해 생성되는 나노 막대의 밀도나 크기를 조절할 수 있습니다. 버퍼층의 형성된 기판 위로 희생층과 나노 막대층을 형성하며, 식각 공정을 통해 나노 구조체를 형성합니다. 식각된 기판은 발광층을 형성시켜 LED와 같은 반도체 광소자에 활용할 수 있습니다.

본 방법은 계단형이나 인접, 비시날 표면 등 다양한 표면의 사파이어 기판에 활용할 수 있습니다.

본 방법을 통해 결정 결함 문제를 개선한 질화물 반도체를 제조함으로써, LED나 태양 전지 등 질화물 반도체를 활용하여 우수한 성능과 내구성을 지닌 광소자의 개발 및 상용화가 가능할 것으로 예상됩니다.