원하는 기판에 자유자재로 붙여 사용할 수 있는 고성능 발광다이오드(LED)가 국내 연구진에 의해 처음 개발됐다. 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학 전문지인 ‘사이언스(Science)’ 에10월 29일자로 게재됐다.
◀이규철 교수
29일 한국연구재단에 따르면, 차세대 전자소재로 각광받는 그래핀층에 발광다이오(LED)를 만든 후 이를 떼어내 플라스틱·유리 등 원하는 기판에 자유자재로 옮겨 붙일 수 있는 방법이 개발됐다. 이번 연구는 이규철 서울대 물리천문학부 교수의 주도 하에 진행됐으며, 교육과학기술부와 한국연구재단의 리더연구자지원사업(창의연구) 지원을 받아 정건욱(석사과정)·이철호(박사과정)씨와 공동으로 수행했다. 그래핀(Graphene)은 육각형의 탄소화합물로 현재보다 수백배 이상 빠른 반도체를 만들 수 있는 차세대 전자소재다.

지금까지의 발광다이오드(LED) 관련 연구는 효율이 높으면서 가격이 저렴한 LED를 개발하는 게 관건이었다. 현재 휴대폰, LCD TV, 조명 등에 사용되는 LED는 낮은 전력과 긴 수명으로 차세대 발광소자로 각광받고 있다.

그러나 지금보다 품질이 좋은 LED를 만들기 위해서는 단결정 기판을 사용해야 하는데, 이는 가격이 비싸고 발광면적도 작은 단점이 있다. 이에 전 세계 연구자들은 단결정 기판 대신에 값싸고 발광면적도 넓은 유리·플라스틱·금속 등 다양한 기판 위에 고성능 발광소자를 만들고자 노력해 왔다. 그러나 이런 소재는 고온에서 변형되거나 타버려 제작에 한계가 있었다.

이규철 교수팀은 지금까지 시도되지 않은 방법으로 이 문제를 해결했다. 그래핀층 위에 고품질 반도체 박막을 제조, 이 박막을 원래의 기판에서 자유롭게 떼내 원하는 기판에 붙일 수 있는 LED 개발에 성공한 것. 육각형의 탄소화합물인 그래핀(Graphene) 지금보다 수백 배 이상 빠른 반도체를 만들 수 있는 차세대 전자소재다.

연구팀은 산화아연 나노소재를 중간층으로 이용해 그래핀층 위에 고품질의 질화갈륨(GaN) 반도체 박막을 제조하는데 성공했다. 이어 이를 원하는 기판에 옮겨 붙일 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 소재로 각광받고 있는 그래핀층에 LED·디스플레이·태양전지 기능을 접목할 수 있는 가능성을 연 것이다.

이는 국내 연구진이 단독으로 수행한 연구결과로 세계 최고 권위지(사이언스)지에 논문을 게재한 드문 사례다. 특히 제1저자가 석사과정생인 정건욱씨인 점이 주목된다. 해외 학자와의 공동연구로 세계 최고 학술지에 논문을 게재하는 지금까지의 흐름에 이례적인 사례로 평가받는다. 한국연구재단은 “사이언스와 같은 세계 최고 학술지에는 저명한 외국학자와의 공동연구가 아닌, 국내연구팀 단독으로 논문을 발표한 사례를 거의 찾아볼 수 없다”고 밝혔다.

이규철 교수는 “이번 연구결과는 단결정 기판 위에서만 품질 좋은 반도체 박막을 제조할 수 있다는 기존 통념을 깨고, 다앙한 기판 위에서 고품질 반도체 소재를 만들 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 것”이라며 “이번 연구로 LED와 디스플레이, 고효율 태양전지 개발에 의미 있는 진전을 이뤘다”고 평가했다.