미래태양전지기술연구회

일본의 산켄전기는 자사의 전시회인 [SANKEN Techno Fair 2006]의 병설 세미나에서 실리콘 기판 상에 형성한 청색 및 녹색 GaN계 발광 다이오드(LED) 개발 상황에 대해 자세하게 밝혔다. 현재 복수의 LED를 집적한 칩과 LED 구조를 고안하여 광출력을 더욱 높일 수 있는 두 종류의 칩 개발을 진행하고 있다. 첫 번째 칩은 하나의 칩 상에 LED 셀을 매트릭스 형태로 배치하고, 개개의 LED 셀을 개별적으로 구동할 수 있도록 한 일종의 자발광형 디스플레이이다. 산켄전기에 의하면, LED 프린터의 헤드에 탑재할 LED 어레이 칩과 광학 파인더, 프로젝터의 표시 소자 등의 용도가 고려되고 있다. 그 중에서도 LED 프린터 헤드가 매우 유망한 응용 분야이다. 전시회장에서는 30um 피치로 16화소×16화소의 LED 셀을 집적한 칩이 공개되었다. 하나의 칩 상에 GaN계 LED 셀을 매트릭스 형태로 집적한 예는 과거에도 있었으나, 산켄전기의 경우는 화소의 발광이 뚜렷하다는 점이 특징이다. 기판에 광을 흡수하는 실리콘을 사용하고 있어 LED 셀 사이의 GaN계 박막을 제거하기만 하면, LED 셀이 발광하는 광이 인접한 LED 셀에 새어나가지 않기 때문이다. 일반적으로 사용되는 사파이어 기판 상에 GaN계 LED를 형성하는 종래의 경우에는 사파이어 기판 그 자체가 광을 투과하기 때문에, LED 셀 사이의 GaN 박막을 제거하더라도 사파이어 기판을 통해 LED 셀의 발광이 인접 셀에 새어나가게 된다. 두 번째 칩은 광출력을 높일 수 있는 LED 칩이다. 이 칩은 GaN계 발광층과 실리콘 기판 사이에 광 반사층을 마련하고 LED 칩 표면을 미소한 요철로 덮는다. 반사층을 마련함으로써 지금까지 실리콘 기판에 흡수되어 버리던 광을 칩 밖으로 추출할 수 있게 된다. 종래의 칩 구조에 비해 광을 칩 밖으로 추출할 수 있는 효율이 약 3.5배 향상되었다. 반사층에는 금속 재료가 사용되며, 그 방법은 다음과 같다. 일단 실리콘 기판 상에 GaN계 반도체 박막을 형성한 후에 이 막을 벗겨내고 다른 실리콘 기판에 재부착하는 기술을 이용하여 GaN계 반도체막과 실리콘 기판 사이에 금속 반사층을 도입하는 방법이다. 칩 표면의 요철은 칩 내부에서 칩 외부로 향하는 빛이 전반사되지 않고 칩 밖으로 추출될 수 있는 역할을 담당한다. 산켄전기에 의하면, 이 구조를 이용함으로써 광 추출 효율이 3.3배 향상된다. 요철 구조는 LED 표면에 있는 막을 형성한 후에 열처리를 수행하는 방법으로 형성되었다. 반사층과 칩 표면의 요철을 조합하면 종래에 비해 광 추출효율을 5배 정도 향상시킬 수 있다. 또한 칩에는 종래에 비해 10배 정도의 전류를 투입할 수 있도록 하는 기술을 이용하여, 종래 대비 50배 정도의 광속을 얻을 수 있는 칩 개발을 진행하고 있다. http://techon.nikkeibp.co.jp/