[전자소재]
LED, 5G와 자율주행을 앞당긴다!
화학저널 2020.02.24

 

쇼와덴코, 적외선 칩 개발 속도전 … MI 적용으로 개발효율 향상

 

쇼와덴코(Showa Denko)가 적외선 LED(Light Emitting Diode) 칩 개발에 속도를 내고 있다.
쇼와덴코는 5G 통신 상용화, 자동차의 CASE(커넥티드·자율주행·공유·전동화) 기술 흐름을 타고 전자기기 고기능화가 진행되고 있다는 판단 아래 발광, 수광소자, 센서 등에 사용하는 적외선 LED를 통해 새로운 사업기회를 모색하고 있다.
아울러 생체정보를 모니터링하는 생체센서 등 새로운 분야도 개척할 계획이다.
적외선 LED 칩은 갈륨비소 단결정 기판 위에 알루미늄갈륨비소(AlGaAs) 소재를 적층해 제조한 것으로, 쇼와덴코는 파장이 600나노미터에서 1050나노미터까지 다양한 칩을 공급하고 있다.
저전류 영역에서 출력 직선성과 고속응답성이 우수하고 높은 신뢰성이 요구되는 전자기기 발광과 수광소자, 센서 등에 투입되고 있다.
전기신호를 빛으로 변환하고 절연상태를 유지하면서 전원 온·오프 상태를 바꾸는 포토커플러용 발광소자가 주력 용도로 파악되고 있다.
포토커플러는 파워반도체로 모터를 제어하는 전기자동차(EV), 열차, 태양광발전설비 등의 분산형 전원 외에 반도체 제조장치와 산업용 로봇에 내장되는 인코더(위치검출기) 등에 필수적으로 채용되는 전자기기로 주로 P-업 반사형으로 알려진 적외선 LED가 투입되고 있다.
LED 칩은 AlGaAs 등 화합물 반도체가 발광층을 감싼 구조로, 일반적으로는 LPE 공법(액상 에피택셜 공법)으로 제조하면 칩의 윗면에 P형, 내부에 N형이 오게 되며 MOCVD 공법(유기금속 화학기상 성장방법)으로 LPE 공법과 동일하게 P형이 윗면에 오도록 설계한 것이 P-업 반사형이다.
P-업 반사형은 고속응답성이 LPE 공법에 비해 60-70% 높은 것으로 확인됐다.
칩 응답성이 높아지면 더욱 고속으로 전원을 바꾸는 것이 가능해 전자기기를 고기능화할 수 있을 뿐만 아니라 소형화, 전력 절감 등에도 도움이 되고 있다.
적외선 LED 칩은 자율주행 등 첨단기술을 실현하기 위해서도 반드시 필요한 것으로 파악된다. 자동차 탑재용 카메라와 감시 카메라, 홍채나 지문을 인식하는 생체인증 등에서 적외선 LED 칩을 사용한 센서가 사용되고 있기 때문이다.
이밖에 센서용으로 발광층을 2중으로 만들어 기존 고출력 타입 반사형에 비해 출력을 2배 높인 더블정션 반사형 적외선 LED 칩은 출력이 높아진 만큼 빛이 강하고 멀리까지 닿기 때문에 자율주행 기술 확립에 중요한 역할을 하고 있다.
또 감시카메라로 선명한 영상을 기록할 수 있다는 점도 특징이며 생체인식 분야에서는 스마트폰 등 기기 소형화에 기여하고 있다.
더블정션 반사형도 수요기업으로부터 높은 평가를 받고 있다.
쇼와덴코는 차세대 적외선 LED 칩 개발에 주력하고 있다.
5G로 대표되는 통신 고속화, 자율주행 등 CASE 기술 확산, IoT(사물인터넷) 사회 도래 등으로 고기능화된 적외선 LED 칩에 대한 니즈가 확대되고 있기 때문이다.
현재 포토커플러 용도를 공략하기 위해 응답성을 더욱 높은 칩을 개발하고 있다.
더블정션 반사형 칩은 출력을 10% 더 높인 제3세대를 2019년 상업화해 2020년부터 수요처에게 샘플을 출하할 계획이다.
쇼와덴코는 인화인듐(Indium Phosphide) 단결정 기판에 화합물 반도체 막을 적층시킨 에피택셜 웨이퍼도 생산하고 있으며 광통신 수광소자용으로 공급하고 있다.
5G통신이 본격적으로 보급되면서 통신기지국의 고속통신 대응이 필요할 것이라는 판단 아래 수광소자 고속화에 도움이 되는 에피택셜 웨이퍼 기술 개발에도 착수한 것으로 알려졌다.
아울러 에피택셜 웨이퍼 기술을 수평 전개함으로써 파장 1200-1550나노미터 전후의 적외선 LED 칩을 개발하고 있다.
혈중 산소농도 등 생체정보를 모니터링하는 기술에도 생체센서로 LED 칩이 사용되고 있으나 장파장 칩을 병용함으로써 더욱 많은 항목을 추출할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
생체정보를 취합하는 검사·진단기기와 웨어러블(Wearable) 단말기 등의 용도에서 수요를 확보할 계획이다.
적외선을 포함한 LED 칩과 에피택셜 웨이퍼 성능을 향상시키기 위해서는 결함이 적고 깔끔한 막을 제조하는 결정 성장조건과 에피택셜 디자인 설계, 빛 추출 효과를 높인 칩 디자인 설계 등 3개 요소가 핵심으로 파악되고 있다.
쇼와덴코는 인공지능(AI), 시뮬레이션 기술을 소재 개발에 활용하는 MI(Material Informatics)를 적극적으로 활용하고 있다.
LED 칩과 에피택셜 웨이퍼 디자인을 설계할 때 MI를 이용해 고기능화와 개발효율 향상에 활용할 계획이다. (강윤화 선임기자)

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