본 연구실은 III-족 질화물(특히 GaN, InGaN 등) 반도체의 첨단 에피택시 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 원격 에피택시(remote epitaxy)와 반데르발스 에피택시(van der Waals epitaxy)는 기존의 에피택시 방식과 달리, 2차원 소재(그래핀 등)를 버퍼층으로 활용하여 기판과 성장층 사이의 결합을 약화시킴으로써, 성장된 박막을 손쉽게 분리할 수 있는 혁신적인 방법입니다. 이를 통해 웨이퍼 재활용, 유연 전자소자, 고성능 광전자소자 등 다양한 응용이 가능해집니다. 이러한 기술은 기존의 기판 의존적 한계를 극복하고, 다양한 기판 위에 고품질의 반도체 박막을 성장시킬 수 있는 기반을 제공합니다. 연구실에서는 그래핀, h-BN 등 2차원 소재의 특성을 활용하여, III-족 질화물의 성장 메커니즘을 심도 있게 분석하고, 성장 조건 최적화 및 계면 제어 기술을 개발하고 있습니다. 최근에는 그래핀 위에서의 GaN, ZnO 등 다양한 반도체의 원격 에피택시 및 이종접합(heteroepitaxy) 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 고효율 LED, 마이크로 LED, 유연 디스플레이, 웨어러블 전자기기 등 미래 지향적 전자·광전자 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 웨이퍼 재활용을 통한 생산비 절감, 환경 친화적 제조공정 등 산업적 파급효과도 매우 큽니다.

연구실은 다층 반도체 멤브레인(multi-stack semiconductor membranes) 및 3차원 나노아키텍처 구조를 기반으로 한 고집적 소자 제조 기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 기존 2차원 평면 소자에서 벗어나, 3차원 구조를 도입함으로써 소자의 집적도와 기능성을 극대화할 수 있습니다. 이를 위해 선택적 영역 나노에피택시(selective-area nanoepitaxy), 멀티스택 성장, 미세 가공 공정 등 다양한 첨단 반도체 제조 기술을 융합하고 있습니다. 특히, 고휘도 마이크로 LED 디스플레이, 차세대 메모리 소자, 신경모방(뉴로모픽) 소자 등 다양한 응용 분야에 적합한 3차원 반도체 구조를 설계하고 구현하는 데 주력하고 있습니다. 최근에는 2D 소재 기반의 층간 전사(layer transfer) 기술을 활용하여, 수직형 풀컬러 마이크로 LED, 유연 디스플레이 등 혁신적인 소자 개발에 성공하였습니다. 또한, 멀티스택 구조를 통한 고밀도 집적 및 새로운 기능성 구현에도 많은 성과를 내고 있습니다. 이러한 연구는 반도체 소자의 한계를 극복하고, 차세대 정보통신, 디스플레이, 인공지능 하드웨어 등 다양한 산업 분야에서 혁신을 이끌 것으로 기대됩니다. 고집적, 고성능, 다기능 소자 개발을 위한 핵심 원천기술로서, 국내외 학계 및 산업계에서 높은 주목을 받고 있습니다.

본 연구실은 양자점(Quantum Dot, QD) 기반 광전자소자, 특히 QD-LED 및 관련 소자에서 핵심적인 역할을 하는 홀 전도층(hole-transport layer, HTL) 개발에 집중하고 있습니다. 양자점은 뛰어난 발광 효율과 색 순도를 바탕으로 차세대 디스플레이, 조명, 센서 등 다양한 분야에서 각광받고 있습니다. 하지만, 양자점 소자의 성능을 극대화하기 위해서는 정공(홀) 주입 및 수송 특성을 향상시키는 HTL의 개발이 필수적입니다. 연구실에서는 다양한 유기·무기 하이브리드 소재, 도전성 고분자, 산화물 등 새로운 HTL 소재를 합성하고, 계면 엔지니어링 및 도핑 기술을 적용하여 소자 성능을 극대화하고 있습니다. 또한, QD-LED의 효율 및 수명 향상을 위한 계면 최적화, 전하 주입 밸런스 조절, 에너지 밴드 정렬 등 소자 구조 설계에도 많은 노력을 기울이고 있습니다. 최근에는 PEDOT:PSS, PMA, 폴리아닐린 등 다양한 소재를 활용한 HTL 개발과, 고효율·고신뢰성 QD-LED 구현에 성공하였습니다. 이러한 연구는 차세대 디스플레이, 조명, 바이오 이미징 등 다양한 응용 분야에서 고성능 광전자소자 개발에 크게 기여하고 있습니다. 또한, QD 기반 소자의 상용화 및 대량생산을 위한 공정 기술 개발에도 중요한 역할을 하고 있습니다.

연구실은 도전성 고분자 나노구조체(conducting polymer nanostructures)를 기반으로 한 환경 및 에너지 저장 응용 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 도전성 고분자는 전기적 특성과 화학적 안정성이 우수하여, 다양한 환경 정화 및 에너지 저장 소자에 적용될 수 있습니다. 특히, 폴리아닐린, 폴리피롤 등 고분자 나노섬유, 나노복합체를 합성하여, 중금속 이온 흡착, 전기화학적 슈퍼커패시터, 금속 이온 센서 등 다양한 분야에 응용하고 있습니다. 연구실에서는 고분자 나노구조체의 표면적, 전기전도도, 계면 특성 등을 정밀하게 제어하여, 환경 정화 효율 및 에너지 저장 용량을 극대화하는 기술을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 피틱산 도핑 폴리아닐린 나노섬유를 활용한 구리 이온 흡착, 그래핀-고분자 복합체 기반의 재생형 금속 흡착제, 나노입자 삽입에 의한 전기화학적 저장능 향상 등 다양한 연구 성과를 보유하고 있습니다. 이러한 연구는 환경오염 저감, 친환경 에너지 저장, 지속가능한 소재 개발 등 사회적 요구에 부응하는 첨단 융합기술로서, 미래 환경 및 에너지 산업의 혁신을 이끌 것으로 기대됩니다.