한양대학교 ERICA 나노광전자학과 심종인·신동수 교수팀, ZOGAN Semi 류웅렬 박사, 한국광기술원 광반도체디스플레이연구본부 백종협 박사팀은 초미세 마이크로 LED 광효율 및 내구성 난제 극복 기술을 개발했다고, 한양대가 7일 밝혔다.

이번 연구를 통해 연구팀은 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이 개발의 최대 난제인 20μm 이하의 초미세 크기 질화물 반도체 LED 칩에서 발생하는 낮은 전력 변환효율과 구동 시간의 증가에 따라 성능이 크게 저하되는 내구성 문제를 동시에 해결했다. 

연구팀은 비접촉식 광루미네슨스 및 라만 분광학 분석 기법을 도입하여 마이크로 LED 칩의 기술적 문제들이 식각벽면에 발생하는 결함전하와 에피층 스트레스의 상호작용에 기인함을 규명할 수 있었다. 본 연구에서는 질화물반도체에 산화물반도체를 에피성장함으로써 공정 혹은 동작 조건에 민감한 식각벽면에서의 결함전하량에 무관하도록 에피층 스트레인을 제어할 수 있도록 하였다. 
  
개발된 직경 20μm, 10μm 크기의 청색 마이크로 LED는 수평칩 단일패키징으로 공인시험원에서 측정한 외부양자효율(EQE)이 각각 최대 53%과 45%이며, 1A/cm2 저전류 영역에서도 35%를 상회하는 등 세계 최고의 품질을 보였다. (그림 1). 또한, 방열판 없이 (100A/cm2, 20시간 이상)의 가속 내구성 시험에서도 성능변화가 없는 우수한 안정성을 확인했다. (그림 2). 

심종인 교수는 “이번에 개발된 기술로 차세대 디스플레이의 핵심 반도체소자로 주목받고 있는 마이크로 LED의 동작 원리를 새롭게 정립하였을 뿐만 아니라, 실제 제작을 통해 세계 최고 수준의 성능을 실증한 점에서 국내 디스플레이 산업의 초격자 국제경쟁력을 확보에 큰 기여를 할 것으로 생각된다”라고 전했다.

본 연구는 산업통상자원부 국가표준기술력향상사업, 광융복합산업글로벌경쟁력강화사업 및 초대형모듈러디스플레이기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.  

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