본 실험실에서는 양자현상을 나타내는 나노크기의 반도체 구조의 성장 및 물성에 관한 연구를 수행하고 있다. 반도체 재료 중에서도 GaN 및 ZnO 등과 같은 화합물 반도체가 집중적으로 연구되고 있으며 특히, quantum well (양자 우물), quantum wire (양자선), quantum dot (양자점) 등과 같은 나노 크기의 저차원 반도체 구조를 성장하는 에피택시 성장법을 연구하고 있다. 이러한 초미세 나노 구조의 제작을 위하여 본 실험실에서는 metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), thermal chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), RF magnetron sputtering, inductively coupled plasma (ICP) 등의 실험 장치를 사용하고 있다. 특히 극초미세 구조의 성장을 위하여 atomic layer epitaxy (ALE), selective area epitaxy (SAE), self-organized epitaxy 등과 같은 novel한 에피택시 방법에 대한 연구도 수행하고 있다. 새로운 광학적/전기적 특성을 보이는 나노 반도체 재료의 성장과 물성 등의 기초적인 연구와 함께 prototype 반도체 소자를 제작함으로써 광소자, 평판디스플레이, 나노리소그래피 등의 차세대 정보통신 기술의 구현에 필요한 새로운 반도체 재료의 응용성을 타진하고 있다. 본 실험실에서 현재 활발히 수행중인 연구분야는 다음과 같다.
GaN 계열의 wide bandgap 화합물 반도체를 이용한 청색, 녹색, 자외선, 백색 발광다이오드의 제작에 관한 연구를 하고 있다. MOCVD를 이용하여 GaN, InGaN, AlGaN 등의 에피택시 박막 및 나노구조체를 성장하고 Hall 측정 및 photoluminescence (PL)을 사용하여 전기적, 광학적 특성을 평가한다. 고품위의 에피 성장을 위하여 scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), XRD 분석을 통해 성장 조건과의 관계를 규명한다. 발광다이오드 제작을 위하여 ICP를 이용한 GaN 식각 및 ohmic contact에 관한 실험도 수행하고 있다. 본 연구실에서는 GaN 계열의 새로운 화합물 반도체를 개발하여 고효율/고출력 발광다이오드를 제작하고 이를 이용한 다양한 분야로의 응용가능성을 타진하고자 한다.
ZnO 계열의 wide bandgap 화합물 반도체를 이용하여, 자외선 영역의 발광다이오드를 비롯한 광전소자 및 메모리 소자에 대한 연구를 진행하고 있다. MOCVD, Thermal CVD 및 RF magnetron Sputtering 법을 이용하여 ZnO, MgZnO, CdZnO 등의 나노구조체 및 에피택시 박막을 성장하고, Hall 측정, photoluminescence 측정, Raman 및 XRD 분석을 통하여 물질의 전기적, 광학적 및 구조적인 특성을 파악한다. 발광다이오드를 비롯한 다양한 광전소자 및 메모리 소자를 제작하여, 그 소자의 구동 현상을 파악하고, 그 효율을 향상시키기 위한 방법을 연구하고 있다. 또한 ZnO의 가시광선영역에서의 투명한 특성을 이용하여, 발광다이오드 및 태양전지에 접목이 가능한, 투명 전극 및 투명 전도성 산화물에 대한 연구도 진행하고 있다.
다른 무기물질 또는 유기/무기 물질 구조를 이용한 이종접합 구조 성장 및 효율 개선과 관련된 연구도 진행하고 있다. 또한 graphene과 같은 새로운 물질에 대한 특성을 규명하고 이를 발광다이오드나 태양전지, 플렉서블 디스플레이에 적용함으로써 성능 향상을 위한 가능성을 확인한다.
발광다이오드 또는 발광다이오드 array를 전사 (transferring)하는 방법에 대해 연구하고 있다. 발광다이오드의 응용 분야를 확장하기 위해서는 고온 공정에서 제작된 발광다이오드를 성장된 기판에서 여러 형태의 기판으로 전사하는 방법이 필요하다. 특히, flexible, stretchable, 또는 foldable한 형태의 발광다이오드에 적용하기 위해서는 발광다이오드를 성장된 기판에서 lift off 하는 공정 및 다른 기판 위에 printing하는 방법이 필요하며 이에 대한 공정 기술을 연구하고 있다.
