광기술 해외정보

청색 LED 실용화 새 결정
모든 색 시야 잠재력 갖춘 질화갈륨
청색발광다이오드(LED)의 실용화로 세계를 놀라게 하고, 출신기업을 상대로 한 특허소송으로 훼예포폄(毁譽褒貶)을 일으킨 미국 캘리포니아대학 산타바바라교 교수인 中村修二는, 현재는 청색을 실현한 질화갈륨 결정을 어떤 색으로나 바꿀 수 있는 멀티 소재로 키워나갈 연구개발 프로젝트에 매달려 있다. 그 연구는 일찍부터 결실을 맺기 시작했다.
“연구자로서 가장 자랑스러운 것은 논문을 쓰는 것만이 아니라 연구 성과가 제품이 되어 몇 백억 엔이나 돈을 버는 일이다”. 그러한 공언도 서슴지 않는다.
“과학자를 연구에 매달리게 하는 것은 금전뿐만이 아니다”. 그런 이미지가 강한 일본적인 시점에서는 中村의 발언은 이단처럼 들린다. 이단이라는 것을 굳이 강조하는 말투에는 이뤄낸 업적에 대한 자부심이 엿보인다.
中村이 리더가 되고 과학기술진흥기구가 지원하는 ‘비균일 결정 프로젝트’이다. 참가한 두 명의 학생이 미국에서 벤처기업을 세웠다. 그것이 지금은 “자랑스럽다”라고 말한다. “왜냐하면 연구의 가치가 높다는 것을 증명하는 것이거든요. 기회가 있으면 저도 기업(起業)하고 싶습니다.”
청색 발광소자에 대해서 20세기 안에 실현은 곤란하다고 이야기했던 시기가 있었다. 그런 와중인 1993년 11월말, 과거의 성과에 비해 100배 밝게 빛나는 실용 레벨의 LED개발을 공표했다. 소속해 있던 日亞化學工業(德島縣 阿南市)은 큰 일렉트로닉스 기업이 곁눈질을 하는 동안에 상품화하여 큰 이익을 올렸다.
지방중견기업의 연구자가 국내외 유력학회에서 초대강연의 의뢰를 받고, 노벨상 후보로 거론된다. 간섭을 받지 않는 자유로운 연구 환경을 위해서 2000년에 미국으로 건너갔다. 격변이지만 일관되게 추구해 온 것은 질화갈륨의 능력이다.    
‘다이아몬드처럼 단단하고 튼튼하다. 결점 투성이지만 갈륨 비호결정처럼 결함이 움직여서 집합을 어렵게 하는 일은 없다.(엄격한 사용조건인) 우주공간에서도 사용할 수 있다.’ 만들기 어렵다는 단점이 있는 소재이지만, 여러 가지 잠재력을 갖고 있다.
中村을 중심으로 모인 일본 내외의 연구자가 도전하고 있는 것이 재료의 진가를 끌어내는 결정성장의 제어다.
잘화갈륨 결정의 기본단위는 벌집 같은 육각주이다. 기존 방법이라면 육각형의 면(c면)을 위로 향하는 형태로 결정이 생긴다. 연구팀은 이것을 예를 들면 옆으로 뉘어, 사각의 측면(m면)이 위가 되도록 만드는 기술을 고안해 내고 있다. 이렇게 함으로써 결정 내에 모인 일그러짐을 줄여 발광효율을 비약적으로 높일 수 있는 가능성이 있다. 이론상으로는 지적되었지만 소자 만들기에 사용할 수 있는 결정을 만든 것은 지금까지 아무도 못했던 일이다. 9월 중순, 東京에서 열린 회합에서 보도진에 최초로 성과를 보였다. m면을 위로 한 결정(무극성 질화갈륨)으로 만든 청색 LED시작품으로 빛을 내어 보였다.
“아직 출력은 작고 효율도 더욱 올려야 한다. 그러나 언젠가는 기존의 c면의 소자를 모두 바꿀 수 있다.”
1993년의 장애 극복은 양질의 c면 결정의 양산기술 확립으로 이어졌다. 中村은 스스로 발전의 발단을 만든 청색발광의 세계를 다시 뒤집으려 하고 있다.
프로젝트의 진전은 1993년 말의 시점에 상당한다. 이 페이스로 연구가 진행된다면 2년 후에는 새 결정의 청색 레이저가 탄생하게 된다. 사정이 다르다면 12년 전에는 기업, 지금은 대학에 적을 두고 있다는 점이다. 청색 레이저를 광원으로 채용한 차세대 DVD를 다루는 두 개의 기업진영도 中村프로젝트의 진전에 큰 관심을 보이고 있다고 한다. 새 결정의 잠재력은 청색의 효율향상에 그치지 않는다. 효율 좋은 소자가 지금 현재까지 존재하지 않는 녹색발광에도 사용할 수 있다. 갈륨비소 결정이 주류인 적색에서 적외광의 영역도 이론상으로는 실현가능하다. 질화갈륨으로 모든 색을 낼 수 있다. 디스플레이에서 조명까지 광소자의 기본형에 될 수 있다. 단 ‘10년은 걸릴 것이라고 생각한다.’
10월 4일, 대만에서 강연을 끝내고 미국 산타바바라 공항으로 돌아온 中村을 보도진이 기다리고 있었다. 그날은 노벨 물리학상 발표일이었다. 中村은 “아직 결정된 것이 아닙니다.”라는 말을