한국나노기술원(원장 서광석)은 차세대 전력반도체 및 통신용으로 사용하는 질화갈륨(GaN) 반도체 에피웨이퍼 소재 국산화 플랫폼을 구축했다고 2일 밝혔다. 기술원은 과기정통부 기술화 지원사업, 민군 겸용 기술개발 사업, 산업통상자원부 소재부품산업미래성장동력(신산업 창출 파워반도체 상용화)사업 등 지원을 통해 전력반도체용 150㎜ 기반 GaN on Si 에피웨이퍼와 차세대 통신용 100㎜ 기반 전력증폭기 적용 GaN on SiC 에피웨이퍼를 금속유기화학기상증착법(MOCVD)으로 성장해 산·학·연에 제공하는 에피 소재 플랫폼을 구축했다.
GaN 전력반도체는 스마트폰과 노트북 같은 소형 IT기기 고속·무선 충전기, 가전 및 태양전지용 인버터에 적용되고 있다. 향후 전기자동차 인버터·컨버터, 통신 및 데이터 통신, 자율주행자동차 라이더 구동 등 적용 분야가 확대될 것으로 예측된다. 또한 GaN 전력반도체는 기존 실리콘(Si) 전력반도체 대비 소형화 및 고효율화가 가능해 연평균 60% 이상 성장이 전망된다. 현재 독일, 대만 등 소수 기업만이 상용화에 진입하고 있는 단계다.
전력반도체용 150㎜ 기반 GaN on Si 에피웨이퍼 소재 플랫폼은 1400V 이상 항복 전압과 상용 에피에서 양산 공정에 적용할 수 있는 안정적인 웨이퍼 휨 특성 및 웨이퍼 내 소자 특성 균일도를 가진다. 나노기술원은 구축된 GaN 에피 소재 플랫폼을 기반으로 현재 시지트로닉스(대표 심규환)와 48~650V급 고속충전기, 전기자동차(EV) 및 라이다(LiDAR)용 GaN 전력 반도체 개발에 에피 소재 기술 내재화 적용을 위한 공동 연구를 진행하고 있다.
GaN on SiC 에피웨이퍼 소재 플랫폼은 100㎜ 구경의 상용 에피웨이퍼 소재에서 제공하는 최고 수준 채널 특성을 보인다. 고주파영역에서 고출력 특성을 보여 5G·6G 통신 및 고강도 에너지를 방출하는 군수용 레이더 전력증폭기 등에 적용되고 있다.
서광석 원장은 “전력반도체용과 통신반도체용 GaN 에피웨이퍼 소재 국산화 기술은 선진국에서 군사적 목적으로 사용을 제한하기 위한 수출 제한 품목으로 선정될 수 있다는 점에서 의의가 크다”며 “이번에 개발된 기술로 국내 관련 기업의 지원을 활성화할 수 있도록 화합물반도체 전문기관으로서 역할에 최선을 다하겠다”고 말했다.
김정희기자 jhakim@etnews.com
