부산대, 차세대 전력반도체 ‘산화갈륨’ 원천기술 확보… 글로벌 특허 출원으로 기술 패권 경쟁 나서

고온·극저온·방사선 극한 환경 대응 소자기술 확보… 국내·미국·유럽·일본·중국 특허 확대 출원

부산대 물리학과 박성균 교수 연구팀이 차세대 전력반도체 소재로 세계적 주목을 받는 산화갈륨(β-Ga₂O₃) 분야에서 고품질 단결정 성장과 소자 기술을 확보해 국내 특허 4건을 출원했다. 이 중 1건은 기술적 완성도를 인정받아 미국·유럽·일본·중국에도 동일 내용으로 특허를 확대 출원하며 연구의 국제적 경쟁력을 입증했다.

산화갈륨은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)에 이어 차세대 초광대역갭(UWBG) 전력반도체 소재로 평가받는다. 고전압·고온·고전계 환경에서도 안정적으로 동작하며, 용융성장 기반으로 대구경 웨이퍼 생산이 가능해 산업화 잠재력이 높다. 반면 최근 경쟁 소재로 언급되는 다이아몬드는 이론적 특성은 우수하지만 대면적 성장 기술이 미비해 상용화 장벽이 큰 것으로 알려져 있다.

부산대 연구팀은 산업적 요구에 대응해 △고품질 산화갈륨 단결정 성장법 △기판 표면 구조 제어를 통한 초고속 박막 성장 기술 △산화갈륨 기반 이종접합 수직 구조 p-n 다이오드 제작 △극저온 전도 메커니즘 제어 및 자기장 반응 스위칭 소자 개발 등 전 주기 기반기술을 구축했다. 특히 산소 결함 및 의도되지 않은 도핑(UID) 최소화를 위한 성장 최적화 기술을 확보해 극한환경에서도 안정적으로 동작 가능한 고신뢰성 등급의 소재 수준을 구현했다.

이번 성과는 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트 1–2단계 연구기간 동안 집중 개발된 결과로, 단기간에 결함 제어와 소재 품질 고도화까지 이룬 매우 이례적 성과로 평가된다. 박성균 교수는 산화갈륨이 우주·국방·극지 등 극한환경 전력시스템의 핵심 소재가 될 것이라며, 한국이 차세대 전력반도체 분야 기술 주권을 확보하는 것이 목표라고 강조했다.

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