차세대 광기록기기 핵심부품 개발

‘이달의 과학기술자상’ 10월 수상자로 선정된 박용조 삼성종합기술원 광(光)소자 프로그램팀장은 국내 화합물반도체 소자 분야의 최고권위자다. 차세대 광(光)원으로 질소화합물의 일종인 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체를 기초로 한 단파장 레이저다이오드(LDㆍLaser Diode) 및 라이트에미팅다이오드(LEDㆍLight Emitting Diode) 개발을 주도해왔다. 최근 405㎚(나노미터ㆍ1m의 100만분의1)라는 짧은 파장에서 상용화 수준인 45mW(밀리와트)급 LD를 개발함으로써 국내 질소화합물 단파장 소자기술을 단번에 세계적 수준으로 끌어올린 공로를 인정받았다. 이번 LD 개발성과는 원천특허와 독자기술 확보가 무엇보다 강조되는 시점에 차세대 광기록기기 부품 분야에서 독자적인 기술로 선진 업체들과 대등하게 겨룰 수 있는 계기를 마련한 것으로 평가된다. 405㎚ 단파장의 GaN LD는 차세대 광기록기기의 광원이 된다. 광기록 밀도에서 650㎚ 파장의 LD를 사용하는 기존 DVD의 저장용량 4.7Gb(기가바이트)를 25Gb(복층의 저장매질을 사용하면 50Gb)까지 5배(10배) 이상 증가시킬 수 있는 핵심 부품이다. 파장을 짧게 할수록 기록밀도를 올려 저장용량을 높일 수 있다. GaN 화합물반도체는 UV 영역의 단파장뿐만 아니라 가시광선 영역의 빛을 발광할 수 있는 꿈의 재료로 인식돼왔다. 하지만 이종(異種)성장에 따른 양질의 박막성장이 곤란하고 고온성장에 따른 문제점 등이 상용화의 장벽이었다. 405㎚ 파장 LD의 경우 해외 1~2개의 극소수 업체만이 최근에서야 시제품 개발에 성공한 상태다. 박 박사는 GaN 화합물반도체의 근본적인 문제점인 이종성장에 따른 결함발생 가능성 및 1,000℃ 이상의 고온성장 등 기술적 난제를 독자적으로 해결, 차세대 광기록기기 광원인 405㎚ 파장의 고출력 LD를 상용 가능한 수준으로 개발했다. 지금까지 개발된 청자색 LD의 출력은 45mW급으로 최대 광출력, 잡음특성 등의 성능면에서 탁월한 것으로 평가된다. 오는 연말부터는 이를 보다 발전시킨 120mW급 LD의 시제품을 생산, 본격 상용화시대를 열 수 있을 전망이다. 120mW급 이상의 출력이라야 일반 소비자가 실제 사용할 수 있는 속도(배속)가 된다. 저장용량을 대폭 늘인 차세대 광기록기기가 필요한 것은 최근 이뤄지고 있는 급격한 멀티미디어 환경변화 때문이다. 최근에 각광받은 DVD 방법으로 기록할 수 있는 용량(4.7Gb)으로는 디지털 방송이 본격화되고 HD-TV가 보편화될 경우 저장시간이 30분 미만에 불과하게 된다. 고기록 밀도의 저장매체 보급은 필수적인 셈이다. 405㎚ 파장의 LD를 사용한 차세대 광기록기기는 HD급 방송 4시간 이상 분량을 기록할 수 있어 현재의 가정용 VTR나 DVD를 교체할 수 있다. 나아가 컴퓨터에 사용되는 저장매체 및 PDAㆍ캠코더 등 이동기기에도 적용할 수 있어 그 시장은 무한할 것으로 예상된다. 전문가들은 기존 DVD를 점차적으로 대체하면서 오는 2008년에는 370억달러 규모의 시장을 형성할 것으로 전망했다. 국내 CDㆍDVD 등 광기록기기 제조업체들은 그동안 세계시장에서 40% 정도의 점유율을 차지하면서도 이에 필요한 핵심 광원인 780㎚, 650㎚ 파장의 LD를 거의 전량 외국에서 수입해왔다. 따라서 이번 405㎚ 파장의 차세대 광기록기기용 고출력 LD 개발은 향후 국내 광기록기기 사업의 부품 국산화를 촉진할 뿐만 아니라 차세대 광기록기기 시장 선점에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 이번에 개발한 GaN LD 기술은 최근에 폭발적으로 각광받고 있는 백색 LED 개발에 기여해 40lm/W급(백열전구의 3배 수준) 효율을 갖는 백색 LED 개발에도 기여했다. /용인=최수문기자 chsm@sed.co.kr