세계 첫 GaN 단결정 성장 성공

　국내 벤처기업이 세계 최초로 양산가능한 질화갈륨(GaN)의 단결정 성장에 성공했다.

　대구시 소재 반도체장비 전문 벤처기업인 컴텍스(대표 권용범)의 신소재연구소 조채룡 박사팀과 부산대 정세영 교수(물리학과) 연구팀은 28일 경희대에서 열린 한국 물리학회 학술대회에서 “지난 1년여의 연구개발끝에 GaN의 단결정 성장을 하는 데 성공했다”고 발표했다.

　GaN의 단결정 성장은 화합물반도체에 전류를 주입하면 빛을 방출하는 청색 발광소자(LED)와 레이저다이오드(LD) 개발을 위한 핵심기술로서 그동안 폴란드 등 일부 국가에서 개발에 성공했지만 온도·압력 등의 문제로 사장돼 오다 이번에 국내기술진이 처음 개발에 성공, 본격적인 양산이 가능해져 관련업계의 이목을 집중시키고 있다.

　지금까지 GaN의 단결정 성장은 기술적 한계로 인해 대부분 MOCVD·MBE 등의 방법을 사용, 사파이어기판 또는 탄화규소(SiC)기판 위에 GaN 에피박막을 성장·활용하는 방법을 활용하고 있다. 그러나 이 방법은 일본 니치아(NICHIA)의 특허로 인해 제약을 받고 있다.

　또 개발된 GaN도 10의 6승 개/㎠ 이상 되는 높은 전위밀도(dislocation density)를 가져 응용에 지장을 주고 있고, 특히 LD 등의 고전력장치에 응용할 경우 치명적 결함이 되고 있는 것으로 알려져 있다.

　하지만 이번에 개발된 단결정 GaN은 사파이어기판을 사용하지 않아 특허문제를 극복할 수 있고 10²∼10³개/㎠ 정도의 낮은 전위밀도를 가져 고전력LD의 개발에 적합하다. 또 다른 방식에 비해 월등히 낮은 압력 및 온도 조건에서 성장이 가능해 단결정 육성 비용이 매우 낮기 때문에 경제성이 탁월하다고 개발진은 설명했다.

　조채룡 박사는 “현재 육성된 단결정은 최대 4㎜×4㎜×200㎛로 크기가 작다는 것이 앞으로 극복해야 할 점이지만, 대형기판위에 소형 단결정들을 심어 웨이퍼형태로 가공함으로써 대량생산화가 가능하다”고 말했다.

　이번 연구결과와 관련, 권용범 컴텍스 사장은 “이번 개발성과로 고성능의 LD, 자외선(UV) 감지기, 고전력장치, 레이저장비, 고정밀 컬러 디스플레이 등 고부가가치의 상업용 소자는 물론 연속출력(CW) 레이저 등의 고가장비에도 크게 기여할 것”이라고 말했다.

　한편 컴텍스는 지난달 미국 샌프란시스코에서 열린 미국 재료학회(MRS)에서 이 연구결과를 발표, 주목받았다. 문의 (053)585-9113

<이정환기자 victolee@etnews.co.kr>