전력반도체용 산화갈륨 단결정 기판 제조기술 본격적으로 개발한다

- 5년 동안 133억 원 투입
- 소재와 장비 제조 기술까지 국산화 추진

이영국 한국연구재단 소재·부품단장(우측에서 네 번째), 배시영 총괄책임자 등 관계자들이 현판식을 가진 뒤 기념촬영을 하고 있다.(자료제공: KICET)

수입에 의존하고 있는 차세대 전력반도체용 산화갈륨 단결정 기판 자립화에 한국세라믹기술원 등 산·학·연·관이 협력하여 제조기술 개발에 들어갔다.
  한국세라믹기술원(원장 유광수)은 7월 20일 진주 본원에서 과학기술정보통신부의 나노 및 소재기술개발사업을 통해 전력반도체용 고품질 산화갈륨(Ga₂O₃) 단결정 기판 제조기술을 본격적으로 개발하기 위한 ‘전력반도체 과기부 컨소시엄’ 현판식을 가졌다고 밝혔다. 이날 현판식에는 이영국 한국연구재단 소재·부품단장, 배시영 총괄책임자 등 컨소시엄 관계자 10명이 참석했다.
  산화갈륨(Ga₂O₃)은 친환경차에 적용되어 고전압 인버터의 고효율화 및 소형화를 할 수 있고 제조비용을 줄일 수 있는 반도체 소재로 2025년까지 전력반도체 시장의 10%를 차지할 정도로 급부상하고 있으나, 현재는 일본이 관련 시장을 독점하고 있다. 산화갈륨(Ga₂O₃)은 기존 실리콘(Si)이나 광대역 반도체 물질인 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN)보다 우수한 성능이 기대되는 새로운 전력반도체 소재로써 크게 기판소재와 에피 소재로 구분할 수 있으며, 산화갈륨 기판 소재는 일본 NCT가 5년 전인 2016년에 2인치 에피 웨이퍼 상용화에 성공했다.
  우리 정부는 이를 극복하기 위해 한국세라믹기술원을 주축으로 공동연구팀을 구성하고 5년 동안 133억 원을 투입하여 4인치급 산화갈륨 단결정 잉곳 및 장비.가공기판.에피 등의 소재와 장비 제조기술을 개발할 예정이다.

한국세라믹기술원이 개발한 산화갈륨 전력반도체 2인치 에피 웨이퍼.(자료제공: KICET)

  한국세라믹기술원은 지난 5월 전대우 광·전자부품소재센터 연구팀이 산화갈륨 전력반도체 2인치 에피 웨이퍼를 개발했다고 발표한바 있다. 이에 총괄기관인 한국세라믹기술원이 고품질 단결정 잉곳 성장 기술 개발을 담당하고, 동의대학교가 도핑 기술 개발, ㈜악셀이 성장 장비 기술 개발, 한국생산기술연구원이 기판 가공 기술 개발, ㈜루미지엔테크는 고속 박막 성장 기술 개발을 담당하게 된다. 이와 동시에 중소벤처기업부에서는 원료분말 소재 개발을, 산업통상자원부에서는 전력반도체 소자 개발을 함께 진행하는 다부처 협업 형태(함께 달리기 사업)로 진행되어 연구개발 효율화가 기대된다.
  공동연구팀은 산화갈륨의 대구경화가 가능한 EFG(Edge-defined film-fed growth)1)1) EFG : 복수의 판상 모양 필름의 사이로 젖어 올라오는 융액의 형상을 제어하는 성장법
 방식을 채택하여 연구개발 종료 후 즉시 사업화가 가능할 것으로 기대하고 있다. 또한, 산화갈륨 EFG 국산 장비 개발을 통해 향후 생산비용 절감 및 기술경쟁력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기판 가공과 에피박막 검증을 통해 전력반도체 소자에 즉시 적용도 가능하다.
  총괄책임자 한국세라믹기술원 배시영 박사는 “국내에서 처음으로 착수하는 단결정 기판 소재 연구인만큼 고품질 산화갈륨 기판을 개발하여 국산화를 통한 제조단가 경쟁력 강화는 물론, 산화갈륨 전력반도체 밸류체인 완성에 기여하겠다”고 말했다.

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