`실리콘 기판 화합물 반도체` 기술개발

국내 연구진이 실리콘 기판 위에 화합물 반도체를 성장시켜 반도체 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발, 차세대 반도체 웨이퍼 및 발광다이오드(LED) 시장을 주도할 것으로 기대된다. 한양대 전자컴퓨터공학부 오재응 교수팀은 ’자기정렬 결함감소(Self-Aligned Dislocation Annihilation)’란 원천기술을 통해 실리콘 기판 위에 다양한 화합물 반도체를 성장시키는 기술을 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

이번 연구결과는 세계적 나노기술 학회지인 나노테크놀로지 3일자에 소개됐다.

현재 반도체 시장의 주류인 실리콘 반도체는 작년 반도체 시장의 90% 이상을 차지할 정도지만 발광 효율이 매우 낮은데다 전자의 낮은 속도로 인해 초고속 동작 시 문제점을 갖고 있는 것으로 지적된다. 반면에, 화합물 반도체는 구성 원소에 따라 다양한 파장의 빛을 방출하는 장점을 갖고 있으며, 실리콘에 비해 전자의 속도가 최고 수십 배 이상 빨라 높은 주파수에서 우수한 성능을 요구하는 통신장비에 사용되고 있지만 비싸다는 단점이 있다. 따라서 그간 각국 연구진은 값싼 실리콘 기판에 화합물 반도체를 성장시켜 우수한 광학 특성과 초고속 동작이 가능한 반도체 소자를 만들고자 했다.

그러나 실리콘과 화합물 반도체처럼 서로 다른 종류의 반도체 간 성장은 구성 반도체의 원자 배열과 물질의 특성이 서로 달라 결함 밀도가 높고 소자의 성능을 떨어뜨려 실용화엔 어려움을 겪어왔다.

구성 원자가 규칙적인 배열을 가지면서 일정한 특성을 갖는 물질인 반도체에서 규칙적 배열이 무너지며 고유 특성이 저하된 상태를 ’결함’, 그 농도를 ’결함 밀도’라 부른다.

오 교수팀은 자체 개발한 기술을 적용, 실리콘 기판에 다양한 화합물 반도체를 성장시켰으며 물질에 따라 기존 기술보다 100분의 1 이하의 결함 밀도를 갖는 고품질 반도체를 성장시키는 데 성공했다.

이번에 개발된 이종 반도체 성장 기술을 그린IT 분야인 LED 및 고효율 전력소자에 적용할 경우 우수한 가격 경쟁력을 가질 뿐 아니라, 저가의 초고효율 태양 전지 등과 같은 그린에너지 분야 등에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 보인다.

또한 반도체 기술의 한계를 뛰어넘는 ’초고집적 나노 씨모스(Nano-CMOS)’, ’집적 광전자시스템’, 특히 지금까지 꿈으로만 여겨온 ’전자와 광전자의 하이브리드 소자’ 개발을 한층 앞당길 수 있게 됐다는 평가다.

이 기술이 적용될 시장의 규모는 2013년 기준으로 화합물 반도체 웨이퍼 분야 16억 달러, LED 분야 127억 달러, 태양전지 분야 700억 달러로 각각 전망된다.

[연합뉴스]