와이드갭 반도체는 일반적으로 사용되는 반도체 재료인 실리콘이나 갈륨 비소(GaAs) 보다 넓은 에너지 밴드 갭을 갖는 재료들로 이루어진 반도체들 입니다. 이들은 넓은 대역의 에너지 밴드 갭을 나타내며 고온 동작성, 역방향 항복 전압, 포화속도, 열 전도율등이 일반 밴드 갭을 갖는 재료들보다 우수하여 빠른 스위칭, 높은 전압의 특성을 가집니다. 투명한 결정체들로 이루어진 재료 들로서 LED, UV 분야에서 우수한 전기 변환효율을 나타냅니다. 하지만 결정체 합성 기술의 어려움으로 제품 실현이 되기 어려웠으나 점차 공격적인 연구 개발이 이루어지고 있습니다.
와이드갭 반도체들은 또한 RF 처리 신호, 실리콘 파워 소자들의 항복 전압, 출력 밀도 등의 한계로 고온, 고속 동작 어플리케이션등에 점점 사용 범위가 확대되어 가고 있습니다.
III-V 족과 II-VI족의 와이드 밴드갭 재료들이 많습니다. IV족에서 높은 밴드갭을 갖는 대표적 물질은 다이아몬드와 실리콘 카바이드라고 볼 수 있습니다.
•Aluminum Nitride (AlN)은 UV LED 200~250nm 파장대의 디바이스를 제조하는 데 사용됩니다.
•Gallium Nitride (GaN)는 BLUE LED와 LASER를 제조하는데 사용됩니다.
•Silicon Carbide(SiC)는 Silicon과 Carbide의 화합물로 공유결합과 부분적 이온결합으로 이루어진 인공화합물입니다. 대표적 결정형으로 Cubic, Hexagonal, Rhombohedral이 존재하며 결정구조에 따라 다른 특성들을 가지고 있습니다. 3C, 4H, 6H의 결정성이 대표적으로 생산됩니다. 차세대 반도체 소자 재료로서 GaN, AlN, ZnO등이 있으나 잉곳 성장 기술이 확보되어 기판으로 생산성이 뛰어난 것은 SiC 밖에 없으며, 고 내열, 고열 전도, 고 내전압 특성을 갖고 있어 SiC를 소재로 MOSFET, Schottky Diode, MESFET, RF transistor 등이 활발하게 개발/생산되고 있습니다.
•Boron nitride 는 우수한 열적/화학적 안정성으로 세라믹 재질, 합금, 레진, 장비 부품 등 다양한 분야에 적용됩니다. 또한 Boron Source를 이용하기 위한 Source Wafer 로서 Emitter, Base, Collector, Source/Drain, Solar Cell 등을 제조하는데 Boron nitride Wafer가 사용됩니다.
•Zinc Oxide (ZnO)는 GaN이 Sapphire위에 SiC를 성장하는 것과 비교하여 2%에 불과한 lattice mismatch를 나타내며 나노 입자, nanorod, ZnO Film 등의 형태로 여러 분야에 적용됩니다. ZnO 또한 기판 상태로 제조되고 있으나 기술적 한계로 양산화에 어려운 단점이 있습니다. LED, LD, Transistor, UV, FET등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
•Diamond는 우수한 경도, 낮은 마찰 저항, 우수한 생체 친화성, 놀라운 열 전도, 화학적 안정성, 내 마모성, 빛 투과율 등 여러 성질에서 최고의 가치를 나타냅니다. 뛰어난 특성들을 가지고 있기 때문에 수 십 년간 연구인력들이 다이아몬드의 공업적 활용을 위한 다양한 시도를 해 왔습니다. 다이아몬드는 가공하기 어렵고, 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. CVD 공정의 개선으로 반도체, 의학, 바이오 등 여러 분야에 다이아몬드 증착 기술을 적용한 제품들이 소개되고 있습니다. 다이아몬드를 이용하여 HEMT소자, Silicon 박막 등 다양한 시도와 적용이 이루어 지고 있습니다
