부산대, '차세대 전력반도체 산화갈륨' 원천기술 확보 특허 출원

국내 및 해외 4개국 특허 확대 출원
고전압·고온 등 극한 환경 대응 소자 연구
성장-기판-소자 전 주기 기술 체계 구축

부산대 박성균 교수 연구팀./부산대 제공

부산대 박성균 교수 연구팀이 차세대 전력반도체 소재인 산화갈륨(β-Ga2O3) 분야에서 원천기술을 확보하고 국내외에 특허를 출원하며 기술 패권 선점에 나섰다.

부산대학교는 물리학과 박성균 교수 연구팀이 차세대 전력반도체 소재로 주목받는 산화갈륨(β-Ga2O3) 분야에서 고품질 단결정 성장과 소자 적용 원천기술을 확보해 국내 특허 4건을 출원했다고 27일 밝혔다.

이 중 1건은 기술적 완성도와 글로벌 경쟁력을 인정받아 동일한 내용으로 미국·유럽·일본·중국 등 해외 4개국에도 추가로 특허를 확대 출원했다.

산화갈륨은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)을 잇는 차세대 초광대역갭(UWBG) 전력반도체 소재다. 고전압·고온·고전계(高電界) 환경에서 안정적으로 동작할 수 있으며, 용융 성장 기반으로 대구경 웨이퍼 생산이 가능해 기존 소재 대비 산업화 잠재력이 높다고 평가받는다.

부산대 연구팀은 이러한 산업적 요구에 대응해 △고품질 산화갈륨 단결정 성장법 개발 △기판 표면 구조 제어를 통한 초고속 박막 성장 기술 확보 △산화갈륨 기반 이종 접합 수직 구조 p-n 다이오드 제작 기술 등 성장-기판-소자에 이르는 전 주기 기술 체계를 구축했다.

특히 이러한 기술은 고전압·고온·방사선·극저온 등 극한 환경에서도 동작 가능한 전력반도체 구현을 목표로 하고 있다.

연구팀은 산화갈륨 성장 과정에서 문제로 지적되어 온 산소 결함 및 의도되지 않은 도핑(UID) 현상을 최소화하기 위한 성장법을 개발하고, 결정 내 결함 농도를 극한 환경용 등급으로 낮춰 우주·국방 분야에서 요구되는 고신뢰성 소재 수준으로 끌어올렸다.

연구 과제 책임자인 박성균 교수는 "산화갈륨은 고성능과 환경 전력 시스템에서 핵심적인 역할을 수행할 소재"라며 "극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 전력반도체 플랫폼을 구축하고 소재 표준화까지 고려한 연구개발을 추진해 국내 소재 기술 주권을 확보하는 것이 목표"라고 설명했다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@