[투데이에너지 김병욱 팀장] 세계적인 LED 조명 기술 및 솔루션 개발업체인 브릿지룩스(Bridgelux Inc.)는 기존에 달성했던 GaN-on-Si(Gallium Nitride on Silicon)의 와트 당 루멘 값 기록을 또 한번 갱신했다고 밝혔다.
브릿지룩스는 자사의 버퍼 레이어(buffer layer) 특허기술을 이용해 상온에서 보잉(bowing) 현상없이 8인치 실리콘 웨이퍼 상에서 균열없는 GaN층 성장 구현을 성공적으로 시연했다.
이번에 브릿지룩스가 달성한 성능은 오늘날의 첨단 사파이어 기반 LED와도 경쟁이 충분히 가능한 수준이다. Cool white LED는 4350K CCT에서 160Lm/W의 높은 효율을 제공하며 GaN-on-Si 칩에서 생성된 Warm white LED는 2940K의 색 온도 및 80의 CRI에서 125Lm/W를 제공한다.
LED는 보통 사파이어 또는 탄화규소(silicon carbide) 기판을 출발 재료(starting material)로 사용하는데 이들은 실리콘에 비해 가격이 비싸다. 이로 인한 높은 생산 비용은 가정 및 상업용 빌딩에서의 LED 조명 보급 확대에 걸림돌이 되고 있다.
그러나 저렴한 대형 실리콘 웨이퍼 상에서 질화갈륨(GaN)을 성장시키는 기술을 이용하면 최신 반도체 제조에도 적용이 가능할 뿐만 아니라 현재 방식보다 비용 측면에서 75% 가량 개선이 가능하다. 브릿지룩스의 공정 기술을 이용하면 LED 제조 비용을 대폭 절감하고 기존의 백색 조명 기술에 대한 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.
스티브 레스터(Steve Lester) 브릿지룩스 CTO는 “성능 수준은 이제까지 GaN-on-Si분야에서 발표된 기술 중 최고의 Lm/W 성능을 자랑하며 사파이어 또는 탄화규소에서 성장된 최상급 상용 LED 제품의 성능에도 견줄 수 있을 만큼 경쟁력을 갖춘 것”이라며 “사파이어 기반의 상용 LED 양산에서 실리콘 기판으로의 전환을 촉진하기 위해 앞으로 더욱 적극적으로 GaN-on-Si 공정을 개발해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
GaN의 열 팽창 계수는 실리콘보다 상당히 크며 이러한 불일치로 인해 상온 또는 에피택셜 성장 과정에서 에피택셜 필름의 균열 또는 웨이퍼 보잉 현상을 유발할 수 있다. 브릿지룩스의 특허 버퍼 레이어 공정에서는 상온에서 평면에 가까운 웨이퍼 생산이 가능하다.
캡슐화된 1.5mm 청색 LED는 350mA에서 콘센트의 59% 효율로 591mW를 발광한다. 이 LED는 350mA에서 2.85V의 매우 낮은 순방향 전압이 특징으로 고전류 밀도에서 사용하기에 적합하다. 또한 1A의 구동 전류, 3.21V 순방향 전압에서 1.52W의 청색 전력을 방출해 콘센트의 47% 효율을 제공한다. 455nm 평균 파장의 8인치 LED 웨이퍼에서 시그마 6.8nm의 파장 균일도 구현 또한 시연됐다.
빌 왓킨스(Bill Watkins) 브릿지룩스 CEO는 “이번에 이러한 새로운 기술 성능을 달성한 것은 연구개발에 지속적으로 투자하고, 고체 조명 시장의 요구 대응에 집중한 결과”라며 “이는 업계의 판도를 바꿔놓을 만한 주요 기술 혁신으로 고체 조명에서 요구되는 선행 자본 투자를 크게 절감할 수 있어 시장에서의 그 채택 속도가 더욱 가속화될 것으로 예상된다”라고 밝혔다.