물리학과 박성균 교수 연구팀(사진)이 차세대 전력반도체 소재로 주목받는 산화갈륨(β-Ga2O3) 분야에서 고품질 단결정 성장과 소자 적용 원천기술을 확보해 국내 특허 4건을 출원했다.

이 가운데 1건은 기술적 완성도와 글로벌 경쟁력을 인정받아 동일한 내용으로 미국·유럽·일본·중국 등 해외 4개국에도 추가로 특허를 확대 출원하며 연구 성과의 국제적 가치를 입증했다.
※ (참고) 유럽은 유럽특허청(EPO) 단위에서 광역 특허 출원이 가능하다.

‘산화갈륨’은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)을 잇는 차세대 초광대역갭(UWBG) 전력반도체 소재로, 고전압·고온·고전계(高電界) 환경에서 안정적으로 동작할 수 있다. 특히 용융성장 기반으로 대구경 웨이퍼 생산이 가능해 산업화 잠재력이 높다는 점에서 기존 소재 대비 강점을 가진다.

산화갈륨 활용을 위해 연구팀은 △고품질 산화갈륨 단결정 성장법 개발 △기판 표면 구조 제어를 통한 초고속 박막 성장 기술 확보 △산화갈륨 기반 이종접합 수직 구조 p-n 다이오드 제작 기술 △극저온에서 전도 메커니즘 제어 및 자기장 반응 스위칭 소자 개발 등 성장-기판-소자에 이르는 전 주기 기술 체계를 구축했다.

이러한 기술은 고전압·고온·방사선·극저온 등 극한 환경에서도 동작 가능한 전력반도체 구현을 목표로 하고 있으며, 다양한 환경에서 안정성을 확보할 수 있는 소재, 소자 기반기술로 확장될 전망이다. 연구팀은 이와 관련된 산화갈륨 기술을 국내외에 특허 출원했으며, 향후 대면적 웨이퍼 적용을 위한 후처리 및 공정 기술 개발도 병행 중이다.

특히, 이번 성과는 산업통상부가 지원하는 알키미스트 프로젝트 1-2단계 사업기간(2024.4.~2025.12.) 내 도출된 결과로, 기초연구에서 출발해 높은 기술 집중도와 빠른 개발 속도를 보여준 점에서 매우 우수한 성과로 평가된다. 단기간에 결함 제어·소재 품질 고도화까지 달성한 연구는 매우 이례적이며, 산업적 파급력 측면에서도 의미가 크다.