• 본 특허는 오믹 접촉(ohmic contact)이 이루어지는 에피(epitaxy) 표면에 요철 형태로 굴곡을 형성하여 접촉면적을 증가시켜 접촉저항을 낮추는 고전자 이동도 트랜지스터 (HEMT, High Electron Mobility Transistor) 소자와 이의 제조방법에 관한 기술임

• 본 특허는 오믹 접촉이 이루어지는 면적을 증가시켜 접촉저항을 낮추는 HEMT 소자에 관한 기술로 GaN 전력소자를 이용한 분야에 적용 가능함

∨위성통신 송수신 모듈 ∨디지털 레이더 트랜시버용 구동증폭기,고출력 증폭기, 저잡음 증폭기

 ∨자동차용 스위칭 전력소자

• HEMT 소자에서 접촉저항을 낮추기 위해 오믹 접촉면적을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 필요함

• 오믹 접촉면 중에서 전류가 흐르는 방향의 경계영역에 인위적인 요철 모양의 굴곡을 만들어 오믹 접촉을 이루는 총 면적을 증가시켜 낮은 접촉 저항값을 가지게 할 수 있음

• 본 특허에 따른 HEMT 소자는, 기판의 상단면에 오믹 접촉 영역이 형성되는 에피층, 오믹 접촉 영역에 증착되어 형성되는 오믹 금속층, 게이트 전극으로 구성되며, 오믹 접촉 영역의 좌우 경계면에는 접촉 면적을 증가시키기 위해, 전달 길이(접촉면의 길이)보다 큰 요철 구조가 형성됨

• 에피층은 2차원 전자가스층으로 이루어지는데, 이는 기판의 상단면에 형성되는 버퍼층과 그 상단면에 형성되는 배리어층으로 구성됨 

• 요철 구조는 각각의 요철에 존재하는 측면에도 접촉이 형성되어 전체적으로 유의미한 접촉면적이 증가됨으로써, 소자의 오믹 접촉저항을 감소시켜 RF(Radio Frequency) 특성을 향상시킴

• HEMT 소자를 제조하기 위한 방법은 먼저, 기판의 상단면에 에피택시를 통해 버퍼층, 배리어층을 증착함으로써 에피층을 형성하고, 그 다음 이온 주입을 통해 버퍼층 상단 일부에 도핑층을 형성하고, 도핑층과 배리어층 상단면에 패시베이션층을 형성함 

• 패시베이션층을 식각하여 요철을 형성하고, 도핑층을 식각하여 요철을 형성함. 일부 패시베이션층을 제거하고 금속막을 증착하고, 이온주입을 통해 격리막을 형성하여 마무리함

• GaN 반도체 소자는 소형화, 고전압, 고속스위칭에 의해 저손실, 고효율을 실현할 수 있는 차세대 전력소자로 주로 산업용, 전력망, 정보통신(ICT) 부문에서 수요가 촉진되고 있음

• GaN 전력반도체의 경우 200V급 이하 저전력 소자는 통신기기, DC-DC 컨버터, 무선전력전송 및 무선충전, D-급 오디오 적용을 위하여 개발되고 있으며, 650V급은 태양광 인버터, 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System), 연료전지 인버터 등 신재생에너지 시스템의 효율 극대화에 특화되어 있음

• 해외 선진국에서는 정부 주도 프로젝트를 통하여 이동통신 기지국/중계기, 반도체 장비 및 가전기기 분야 등 고효율 및 소형화 제품을 위해 GaN 전력반도체를개발 하고 있음

• GaN트랜지스터 증폭기를 국내에서 처음으로 개발한 RFHIC사는 현재 6GHz 이하의 제품으로 평균출력 XW급의 고효율 GaN MMIC를 개발중에 있으며, 삼성전자는 Cree 의 상 용 GaN HEMT 를 사용하여 기지국 / 중계기용인 2GHz 대역 20W GaN증폭기를 개발하였음

• GaN 전력반도체 시장은 지난해 4600만달러(약 515억원)에서 매년 70%씩 성장해 2026년 11억달러(약 1조2315억원)의 규모를 형성할 것으로 전망됨. 전체 반도체 시장에서 차지하는 비중은 아직 낮지만, 높은 성장세가 기대되고 있음

• 본 특허는 GaN 전력소자에 관한 기술로, 고주파수 범위에서 작동하는 GaN의 탁월한 장점으로 인해 RF, 위성통신, 레이더 등 다양한 통신 분야와 인공위성, 국방, 항공우주 분야의 고성능 전력 기기에 적용할 수 있음

• 또한, 가전제품, 산업체, 자동차, 그린에너지 시스템에 필요한 인버터 또는 컨버터를 구성하는 트랜지스터나 다이오드에 적용 가능함

• 특히 최근 수요가 높은 분야는 스마트폰 고속 충전기로, 해당 충전기가 포함된 소비자용 GaN 전력 반도체시장은 2026 년까지 연평균 69% 성장 , 약 6억7200만달러(약 7524억원)로 커질 전망임

• 이는 전체 GaN 시장의 61%를 차지하는 수치로, 이미 삼성전자, 애플 등 스마트폰 제조사 10곳에서 고속 충전 기능이 들어간 스마트폰 18개 모델을 출시하고 있음