와이즈파워, GaN LED 박막공정 기술특허 획득

와이즈파워는 15일 계열사인 그랜드텍을 통해서 고휘도, 고효율 LED의 핵심 소자인 GaN(질화갈륨) 웨이퍼의 생산공정 기술에 대한 미국 특허를 획득했다고 밝혔다.

그랜드텍은 자체 개발한 수소기상증착 장비인 HVPE(Hydride VAPOR Phase Epitaxy) 시스템을 이용한 GaN 박막 형성 기술에 대한 미국 특허를 확보했다. 이 특허기술은 에피 웨이퍼를 제조하는 공정 중에서도 LED 칩의 성능을 좌우하는 박막형성 기술에 대한 것이다.

LED 칩 공정은 크게 기판에 화합물 박막층을 형성시키는 에피 공정과 LED 칩을 만드는 팹 공정, 완성된 LED를 최종 제품으로 만드는 패키징 공정으로 나눌 수 있다. 그 중에서 에피 공정은 사파이어 기판에 금속화합물 박막으로 된 반도체층을 형성하여 에피 웨이퍼를 만드는 과정을 의미한다.

이번에 그랜드텍이 미국 특허출원을 완료한 기술은 바로 이 에피 웨이퍼를 제조하는 공정 중에서 가장 핵심이 되는 박막형성 기술에 대한 것이다.

에피 웨이퍼는 사파이어 기판 위에 GaN 박막층을 만드는 것이 핵심공정이다. 하지만 이 공정 중에는 사파이어와 GaN 원자 간의 간격(격자상수) 차이로 인해서 물리적 결함이 발생하게 된다. 이 같은 결함은 최종적으로 LED 칩의 휘도와 수명 등의 성능과 직결되기 때문에 사파이어 기판과 GaN 박막층 사이에 완충작용을 해줄 수 있는 버퍼층(Buffer Layer)을 만들어서 결함을 해결해야 한다.

그랜드텍의 특허기술은 사파이어 기판과 GaN 층 사이에 완충 지대인 ‘나노로드(Nano Rod)’ 형태의 버퍼층을 형성함으로써 에피 웨이퍼의 물리적 결함을 해결한 것이다.

나노로드 버퍼층을 이용하면 기판의 균열이나 휘어짐 없이 GaN 박막을 10 µm ~ 450 µm 수준까지 성장시킬 수 있고, 전위밀도(Dislocation Density)가 크게 향상된 GaN 기판 형성이 가능하다. 이러한 저결함 GaN 기판을 이용하면 LED 칩 및 레이저 다이오드(Laser Diode) 칩의 수명의 개선이 가능하며 고출력 LED 칩을 생산할 수 있다.

GaN 에피 웨이퍼는 LED 및 레이저 다이오드의 핵심 기초소자로서 그 동안 대부분 수입에 의존해 왔으며, 특히 GaN 웨이퍼는 고휘도, 고효율 성능의 LED 제품을 생산하기 위한 핵심 소자로서 미국 LED 업체인 크리(Cree)사와 미국 TDI 등 극히 일부 회사만이 제조하고 있었다.

그랜드텍의 수소기상증착 장비와 특허기술은 고효율 조명용 LED, UV 칩, 그리고 RF 소자인 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 분야 등에 적용할 수 있다.

특히 조명과 디스플레이, 기록매체, 통신 등의 산업분야에서 기존의 실리콘 및 화합물 반도체의 특성으로 인해 제한되었던 광전자 산업의 한계를 극복하고 고부가가치 산업의 창출과 더불어 기존의 산업발전 구도를 변화시킬 것으로 기대된다.

와이즈파워 박기호 대표이사는 “그랜드텍은 자체 제작한 수소기상증착 장비와 특허 기술을 상용화하여 조명용 LED 시장에서 요구하는 고휘도, 고효율 LED 칩 시장에 진출하는 계획을 추진 중에 있으며, 특히 이번 특허 출원을 계기로 수소기상증착 장비와 GaN 기판의 출시를 앞당길 예정이다”고 밝혔다.