파나소닉 코퍼레이션(Panasonic Corporation)이 일반 탄화규소(SiC)[1] 다이오드에 비해 4배나 높은 고전류에서 작동이 가능한 것은 물론, 낮은 턴온(turn-on) 전압으로 저전압에서도 작동하는 질화 갈륨(GaN) 다이오드를 개발했다고 오늘 발표했다. 다이오드 신제품 생산의 열쇠는 최근 개발된 하이브리드 구조다. 이 구조는 고전압 조건에 대비해 저전압 유닛과 고전류 지원 유닛으로 이뤄진 별도의 임베디드 구조로 구성돼 있다.

이 스마트 보도자료는 멀티미디어를 제공한다. 전체 보도자료 내용은 아래 링크 참조.
http://www.businesswire.com/news/home/20151001005693/en/

기존 실리콘(Si) 다이오드는 변환 손실 경감과 관련해 제한이 따른다. 반면 차세대 유망 파워 반도체로 간주되는 물질인 SiC와 GaN에 기반한 다이오드는 고전류 작동을 구현하기 위해 보다 큰 칩 면적을 필요로 하며 이로써 동작 주파수 증가가 야기돼 변환 손실과 사이즈 경감에 제약이 있다. 새로 제조된 GaN 다이오드는 고전류 작동과 낮은 임계 전압을 동시에 구현했으며 이로써 작은 칩 면적으로도 높은 전류를 처리할 수 있다. 이에 따라 칩의 정전용량을 줄여 낮은 변환 손실을 구현할 수 있으며 이에 힘입어 장치가 보다 높은 주파수에서 작동할 수 있도록 지원한다. 따라서 높은 전력을 요하는 자동차나 산업 장비의 전압 변환 회로 또는 인버터 회로에 GaN 다이오드를 사용할 경우 고주파수 작동에 힘입어 시스템 크기를 줄일 수 있다.

신제품의 이점은 다음과 같다.

· 고전류 작동: 7.6 kA/㎠ (약 4배[1])
· 낮은 턴-온 전압: 0.8 V
· 낮은 온-저항(RonA): 1.3 mΩ㎠ (약 50% 절감[1])

이 다이오드는 다음의 기술을 기반으로 개발됐다.

GaN 다이오드와 트렌치 구조 p-GaN 층의 하이브리드 구조

파나소닉은 트렌치가 형성된 p타입 층과 GaN 다이오드의 하이브리드 구조를 제안했으며 고전류 작동과 낮은 턴-온 전압을 구현하는 것은 물론 1.6kV의 항복전압을 달성하기 위해 n타입 층 상의 p타입 층을 선택적으로 제거할 수 있는 공정 기술을 개발했다.

저저항 GaN 기판 상의 다이오드 제조

이 개발을 위해 파나소닉은 LED와 반도체 레이저에서 상용 적용되고 향후 전력 장치에도 적용될 것으로 예상되는 저저항 전도성 GaN 기판을 사용했다. 또한 다이오드 형성 전 GaN 기판 상의 에피택셜 성장(epitaxial growth)과 가공을 위한 기술을 확립했다. 전류가 수직 방향으로 흐르는 구조는 칩 면적 소형화와 낮은 저항 구현을 뒷받침한다.

이 연구는 일본 환경성의 일부 지원을 받았다.

개발 결과는 2015년 9월 일본 삿포로에서 열린 ‘2015 국제 SSD/소재 컨퍼런스’(2015 International Conference on Solid State Devices and Materials)를 통해 발표됐다.