전북대 라용호 교수 연구팀, ‘초고감도 반도체 광센서 기술’ 개발

전북대학교는 신소재공학부(정보소재공학) 라용호 교수와 이철로 교수 연구팀이 기존 반도체 기반 자외선 광센서의 광응답률과 검출률을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신개념 마이크로선(microwire) 반도체 광검출기 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

대학에 따르면 이번에 개발한 기술은 그동안 고효율 구현이 불가능했던 자외선 검출을 새로운 방식을 통해 고속·고감도·고효율로 가능하게 했다는 점에서 세계 학계의 주목을 받고 있다.

광센서용 반도체 소재 중에서 질화갈륨(GaN)은 고온 안정성, 긴 수명, 낮은 구동 전압과 저소비 전력, 초소형 박형화가 가능해 차세대 광센서 중에서 가장 유망한 물질 중 하나로 주목받아 왔다.

전북대학교는 신소재공학부(정보소재공학) 라용호 교수(왼쪽)와 이철로 교수

그러나, 질화갈륨 반도체 소재 안의 높은 결함 밀도와 낮은 광 전도성 이득, 그리고 낮은 전하 캐리어 이동도는 고효율 광센서 제작과 상용화에 큰 걸림돌이었다.

이에 연구팀은 광 전도성 이득을 획기적으로 향상시킬 수 있는, 비표면적이 극대화된 질화갈륨 마이크로선 구조를 유기금속화학증착법(MOCVD)을 통해 새롭게 개발했다.

또 기존에 광센서용 반도체 소재에서 효율 저하의 주원인이 되는 전위(dislocation) 결함을 ‘풀-프렌켈 효과(Poole–Frenkel effect)’를 적용해 전하 장벽이 아닌 전하 캐리어의 이동 경로로 이용하는 신개념 에너지 밴드갭 메커니즘을 세계 최초로 정립했다.

이번에 개발한 자외선 반도체 광센서는 기존 필름 구조의 자외선 반도체 광센서에 비해 비표면적과 캐리어 이동도가 수십 배 이상 증가해 광 응답률과 검출률이 비약적으로 향상되는 결과를 나타냈다.

연구팀은 “이 기술은 유기금속화학증착법을 통해 제조해 대량 생산이 가능한 게 특징”이라며 “향후 자외선 반도체 광센서뿐만 아니라 가시광 광센서에 응용할 수 있어 미래 자율주행과 의료, 우주, 군사, 신재생에너지, 사물인터넷(loT), 광통신 등에서 널리 활용될 것”이라고 기대감을 나타냈다.

이번 핵심 소재 기술 개발은 한국연구재단의 중견연구자 지원과 나노 및 소재 기술개발 사업 지원을 받아 진행했으며, 연구 결과는 재료 분야 권위 학술지 중 하나인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 최신호에 실렸다.

전주=김동욱 기자 [e-mail]