관련 통계자료 다운로드 사파이어 기판 가공 흐름도 발광다이오드(LED)는 디스플레이·조명·의료기기 등 다양한 전방 산업으로 뻗어나가며 무궁무진한 성장 가능성을 지닌 반도체 소자다. TV를 비롯한 디스플레이 산업 경쟁력에 힘입어 국내 LED 업계도 빠르게 발전하고 있다. 하지만 기초 핵심 소재인 사파이어 단결정은 수입 의존율이 80%를 넘는다. 핵심 소재를 대부분 수입하는 것은 무역 역조를 초래할 뿐더러 결정적으로 국내 LED 산업의 기술 경쟁력을 가로막는 장애 요인이다.
슈퍼 사파이어 단결정 소재 사업단은 국내 LED 산업의 고질적 문제인 외산 소재 의존도를 타파하고, 대구경 고효율 잉곳 성장 기술을 선점하기 위해 출범했다. 주관기관인 사파이어테크를 비롯해 16개 산학연 주체가 참여하고 있다.
현재 사업단이 연구를 집중하고 있는 기술은 사파이어 단결정 직경을 늘려 LED 생산량을 높이는 것이다. 2인치 웨이퍼 대신 4인치 웨이퍼를 사용하면 LED 칩 생산량이 약 33% 증가한다. 웨이퍼 크기가 커지면 그만큼 LED 패키지 제품이 저렴해지고 시장도 빠른 속도로 확대되는 셈이다.
사업단은 공법을 기준으로 ‘300㎜ a축 사파이어 단결정 성장기술’ ‘c축 사파이어 단결정 성장기술’ ‘대구경 사파이어 기판 기술’ 세 가지 개발과제로 나눠 진행하고 있다.
러시아가 원천 기술을 보유한 키로플러스 성장기술뿐 아니라 사파이어테크놀로지가 독자 개발한 ‘VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)’ 공법 및 일본 후쿠다연구소와 공동 개발한 초콜라스키 공법도 활용되고 있다. VHGF는 기존 원기둥 형태의 잉곳을 직육면체 모양으로 성장시켜 생산성을 높인 공법이다. 키로플러스 공법보다 30%가량 생산성이 뛰어나다. 초콜라스키 공법은 아직 불완전하지만 상용화만 된다면 웨이퍼 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
사업단이 세 가지 공법을 중심으로 프로젝트를 수행하는 것도 향후 어떤 기술이 시장에서 주류로 자리잡더라도 기술 대응력을 갖추겠다는 뜻이다.
사업단은 1, 2차연도 150㎜ 사파이어 단결정 성장 기술을 당초 계획보다 1년 앞당겨 개발하는 데 성공했고, 국내외 수요기업에 일부 납품하는 성과를 냈다. 3차연도에는 200㎜ 단결정 성장기술 개발에 착수, 초콜라스키 공법을 활용한 150㎜ 단결정 성장 제품 양산에 돌입할 계획이다. 최종 목표는 무결함 300㎜ 기판을 양산할 수 있는 회수율 50% 이상의 고품질 사파이어 잉곳과 기판 기술을 개발하는 일이다.
오는 2018년 세계 사파이어 단결정 소재 시장은 7조9000억원을 넘어설 것으로 추산된다. 이맘때까지 6조8000억원 매출을 달성하고 3700여개의 일자리를 창출한다는 게 사업단의 목표다. 장계원 슈퍼 사파이어 단결정 소재 사업단 사무국장은 “고순도 알루미나 원료 제작기술과 사파이어 단결정 성장기술, 사파이어 기판 가공기술 전체를 컨소시엄으로 묶고 수직계열화를 추진 중”이라며 “우리나라가 미래 LED 핵심 소재 시장을 선점할 수 있도록 최선을 다하고 있다”고 말했다.
