• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.31 no.6
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• pp.1-12
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• 2016

GaN 전력반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 높은 이동도 및 낮은 온-저항 특성으로 인하여 차세대 고속/저손실 고효율 전력반도체 소자로서 각광을 받고 있다. 그럼에도 불구하고 글로벌 GaN 전력반도체 기술개발과 상용화는 초기단계로 선진업체 캐치업과 추월이 가능한 분야이다. GaN 반도체의 재료적 장점과 현재 상용화된 200V 이하급과 650V급 GaN 전력반도체 소자의 글로벌 시장동향으로 볼 때 고속 스위칭과 전력모듈 소형화 및 시스템의 고효율화를 요구하는 제품응용에 특화해야할 것으로 판단된다. 특히 기존 Si 전력반도체 대비 고성능 GaN 제품의 저가격화뿐만 아니라 선진기업과의 경쟁력 확보를 위하여 6인치 기반 Au-free CMOS 호환 공정 개발을 통한 GaN 전력반도체 기술의 국산화와 신시장 선점을 위한 조기 상용화의 중요성을 강조하고자 한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.1124-1125
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• 2015

밴드-갭이 큰 반도체는 실리콘에 비하여 다양한 전기 물성 장점을 가져 고주파수 증폭 소자나 차세대 전력 반도체 소자로 각광을 받고 있다. 다양한 와이드 밴드-갭 반도체 중 AlGaN/GaN 이종접합 반도체는 채널의 높은 전도성과 높은 임계 전계로 인하여 우수한 전기적 특성을 가진다. 최근 발전된 수치해석 시뮬레이션을 이용하여 AlGaN/GaN 고전자 이동도 트랜지스터 (high-electron-mobility transistor, HEMT)의 설계연구를 진행하였다. AlGaN 장벽층의 두께가 증가할수록 채널의 전자 면 농도가 증가하도록 설계하였다. 또한 게이트 필드 플레이트 설계를 통하여 AlGaN/GaN HEMT의 역방향 전계 피크를 1개에서 2개로 증가시켜 항복전압을 368 V에서 최대 822 V로 개선하였다. 수렴문제를 개선한 수치해석 시뮬레이션은 RF power AlGaN/GaN HEMT의 설계에 유용하다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.29 no.6
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• pp.53-62
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• 2014

본고는 최근 화두가 되고 있는 에너지 절감을 위해 고효율, 친환경의 WBG(Wide Band-Gap) 화합물반도체인 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 전력반도체 소자 및 전력변환 모듈의 기술동향과 ETRI에서 연구개발 진행 중인 GaN 전력반도체 관련 기술에 대해 기술한다. WBG 전력반도체는 기존의 실리콘 전력반도체와 비교하여 열 특성 향상, 고속 스위칭, 고전압/고전류 특성 및 스위칭 손실 최소화 등이 가능하고 이에 따른 시스템의 소형화 및 전력효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 특히, GaN 전력반도체 소자는 시장이 가장 넓게 형성되어 있는 900V 이하에 적용이 가능하며, 앞으로 시장이 커질 것으로 예상되는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle)의 친환경 자동차에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 본고는 최근의 일본과 미국에서의 WBG 전력반도체에 대한 관심 및 투자 방향과 GaN 전력반도체 소자에 대한 해외 기업의 업계동향에 대해서도 함께 살펴본다. 이러한 WBG 전력반도체에 대한 해외 선진업체의 산업동향과 더불어 ETRI에서 연구개발 중인 GaN 전력반도체 기술현황에 대해 전력소자 설계 및 제조공정, 패키징, 전력모듈 설계 제작 기술을 포함하여 기술한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.46-46
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• 2011

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 화합물반도체 플랫폼으로 각광을 받고 있는 GaN 전력소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 전반부에서는 미국, 유럽을 중심으로 한 대형 국책 연구프로젝트등 RF 전력증폭기 연구개발 동향을, 후반부에서는 일본, 미국, 유럽에서 급속도로 진행되는 전력반도체 연구개발 동향에 관하여 알아본다. 이러한 총체적인 동향 분석을 통하여 차세대 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.105-105
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• 2012

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 에너지절감 반도체로 각광을 받고 있는 GaN 소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 고출력용 GaN RF 전력증폭 소자의 전력밀도는 기존 Si-기반 LDMOS 트랜지스터보다 10배 이상 높아 제품의 소형화와 경량화를 통하여 30% 이상의 전력절감이 가능하며, 레이더, 위성등 송수신 트랜시버 모듈에 GaN 전력증폭기를 이용할 경우 기존 GaAs-기반 전력증폭기에 비하여 높은 전력밀도(>x8)와 높은 효율(>20%)로 인하여 모듈 크기를 50% 이상 줄임과 동시에 경량화를 이룰 수 있어 비행기, 위성등 탑재체의 에너지 절감에 크게 기여할 수 있다. 고전력용 GaN 전력 스위칭 소자는 기존 Si-기반 IGBT에 비하여 스위칭 손실과 온-저항 손실이 낮아 30% 이상의 에너지 절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 일본 도요타 자동차사의 보고에 의하면 HEV등 전기자동차의 DC-DC 부스터 컨버터나 DC-AC 인버터에 GaN 전력반도체를 적용할 경우 경량화, 변환효율 향상, 전용 냉각시스템을 제거할 수 있어 연료소모를 10% 이상 줄일 수 있어 연간 400불 이상의 에너지 절감 효과를 가진다. 이러한 에너지절감 효과는 미국, 유럽, 일본등 선진국을 중심으로 차세대 GaN 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 치열한 경쟁 구도의 구동력이 될 것이며, 본 논문을 통하여 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1994.11a
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• pp.98-98
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• 1994

최근 청색반도체레이저의 실현을 위하여 ZnSe가 대표하는 II-Ⅵ족 화합물반도체와 Gan가 대표하는 III족 질화물반도체분야에서 집중적인 연구가 이루어지고 있으며, 아직까지 실용화 되지 않고 있는 청색반도체레이저의 출현에 대하여 많은관심이 모아지고 있다. III족 질화물반도체는 InM(Eg:1.9eV)부터 AIN(Eg: 6.2eV)에 이르기까지 전 조성영역에서 완전한 고용체를 이루며, 실온에서 직접천이형 에너지 대구조를 가지므로 청색 혹은 자외영역에서 동작하는 발광소자를 제작하는데 있어 유망시 되고 있는 소재이다. 특히 GaN와 InN의 3원흔정인 GaInN를 활성층으로 이용하면 그 발전파장을 370nm부터 650nm까지 즉 가시 전 영역으로부터 근 자외영역을 포함할 수 있게 된다. 이 연구에서는 AIGaN/GaInN 이중이종접합(DH) 구조의 고아여기에 의한 유도방출고아의 편광 특성을 조사하였다. 유기금속기상에피텍셜(MOVPE)법으로 성장한 AIGaN/GaInN DH 구조의 표면에 수직으로 펄스 발진 질소레이저(파장: 337.1cm, 주기 10Hz, 폭: 8nsec) 빔을 조사하고 DH구조의 단면으로부터의 유도방출광을 편광기를 통과 시킨 후 스펙트럼을 측정하였다. 입사고아 밀도가 증가함에 따라 약 402nm의 파장에서 유도발출에 의한 가도가 큰 피크가 나타났고, 그 반치폭은 약 18meV이었다. 실온에서 AIGaN/GaInN DH 구조로 부터의 유도방출에 필요한 입사광밀도의 임계치는 약 130㎾/$\textrm{cm}^2$이었다. 한편 편광각이 90$^{\circ}$일때는 발광스펙트럼의 강도가 매우 낮고 단지 자연방출에 의한 스펙트럼만이 나타났다. 편광각이 0$^{\circ}$일 때 최대의 방출광 강도를 나타내었으며, 편광각이 -90$^{\circ}$로 회전함에 따라 발고아강도의 강도가 감소하였다. 이와 같은 결과는 광여기에 의하여 AIGaN/GaInN DH 로 부터의 유도방출광이 GaInN활성층의 단면에 평행한 전기장의방향으로, 즉 TE모드로 선형적으로 편광됨을 의미한다. AIGaN/GanN DH 로 부터의 유도방출이 선형적으로 TE모드로 편광되는 것은 이 구조를 이용한 청색 및 자외선 반도체 레이저다이오드의 실현에 매우 유익한 것이다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2001.02a
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• pp.48-49
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• 2001

GaN는 wurzite structure를 갖는 wide bandgap III-V족 반도체로서, 청색 반도체 laser diode (LD), light emitting diode (LED)등으로 응용되는 물질이다. InGaN quantum well은 GaN계의 청색 LD, LED 구조에서 활성층으로 사용되기 때문에 이에 대한 광학적 연구가 활발하다. InGaN는 GaN위에 성장하면 strain에 의해 piezoelectric 효과가 크게 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 piezoelectric potential에 의해 외부에서 voltage가 가해지지 않은 상황에서도 InGaN quantum well내의 electron, hole의 wave function이 비대칭 potential의 영향을 받게된다. (중략)

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2005.09a
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• pp.59-62
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• 2005

백색 LED 램프를 제조하는 공정에서 램프간의 전기적 개방상태의 절연상태를 유지하기 위해 사파이어 기판 위에 성장된 GaN 계 반도체 에피박막층을 제거하기 위해 유도 결합형 플라즈마 식각 공정을 이용하였다. 4 미크론의 두께를 갖는 GaN 층을 식각하는데 있어 식각 방지 마스킹 물질로 포토레지스트, $SiO_2,\;Si_{3}N_4$ 및 $Al_{2}O_3$를 시험하였다. 동일한 전력 및 가스유량상태에서 $Al_{2}O_3$만 에피층을 보호할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.182-182
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• 2012

반도체 저차원 구조에서의 독특한 광학적, 전기적 특성이 연구됨에 따라 양자점, 양자선, 양자우물과 같은 공간적으로 구속되어 있는 나노구조 형성에 관한 제작 방법과 그 특성 연구가 많은 관심을 받고 있다. 하지만 Si 또는 GaAs 반도체와 달리 광소자로써 각광받고 있는 질화물 반도체의 경우, 높은 화학적, 물리적 안정성으로 인해, 화학적 에칭에 의한 나노구조 형성이 쉽지 않고, 물리적 에칭의 경우, 표면 결함이 많이 발생되는 문제점이 있어 어려움을 겪고 있다. 최근 본 연구그룹에서는 자체 개발한 고온 HCl 가스를 이용한 화학적 기상 에칭법을 이용하여, 다양한 크기, 모양의 나노구조 형성 및 이를 이용한 다양한 타입의 InGaN 나노구조 제작 및 특성에 대해 연구하였다 (Figure 1). 화학적 기상 에칭법을 이용한 나노구조의 경우, 선택적인 결함구조 제거 및 이종기판 사용에 따른 응력 감소, 광추출 효율을 증가시켜, 우수한 구조적, 광학적 특성을 보여주었고, 에칭 조건에 따른, 피라미드, 막대와 같은 다양한 나노구조를 제작하였다. 뿐만 아니라 이를 기반으로 한 다양한 InGaN 나노구조를 모델을 제시하였는데, 첫번째는 GaN 나노막대 기판 위에 형성된 고품위InGaN 양자우물구조 성장이고, 두 번째는 InGaN 양자우물을 포함하고 있는 나노막대 구조 제작, 세번째는 InGaN/GaN core/shell 구조이다 (Figure 2). 이러한 InGaN 나노구조의 경우 높은 광결정성 및 크게 감소한 내부 전기장 효과, 광방출에 유리한 구조에 기인한 우수한 광특성을 보여주고 있어 광소자로써 응용가능성이 크고, InGaN/GaN core/shell 나노구조의 경우, 나노구조 내부에 단일 InGaN양자점이 형성되어 높은 광추출효율의 양자광소자로써 활용가능성을 보여주었다.

• Journal of IKEEE
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• v.23 no.1
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• pp.326-329
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• 2019

Gallium nitride(GaN) has been a superior candidate for the next generation power electronics. As GaN-on-Si substrate technology is mature, there has been new demand for monolithic integration of GaN technology with Si CMOS devices. In this work, (110)Si CMOS process was developed and the fabricated devices were evaluated in order to confirm the feasibility of utilizing domestic foundry facility for monolithic integration of Si CMOS and GaN power devices.