OKI가 NTT 이노베이티브 디바이스와 협력하여 이종 소재 접합 기술인 결정막 접합 기술을 이용하여 인듐인화물(InP) 기반 단일 이동 캐리어 광다이오드(UTC-PD)를 우수한 방열 특성을 갖는 탄화규소(SiC)에 접합하는 고출력 테라헤르츠 소자 양산 기술을 개발했다. 이 기술은 접합 수율을 향상시켰다.
테라헤르츠 소자는 차세대 6G 통신 표준을 위한 고용량 저지연 통신 및 안전성 향상을 위한 고정밀 비파괴 검사에 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다. 이러한 결과를 바탕으로 두 회사는 제품 개발에 착수하여 2026 회계연도에 양산에 돌입하려 한다.
테라헤르츠파는 전파와 가시광선 사이의 전자기파로, 전파의 투과 특성과 빛의 직진 특성을 모두 가지고 있습니다. X선 검사 기술의 문제점인 인체 비침습성 덕분에 비파괴 검사 및 보안 분야를 비롯한 다양한 분야에서 활용 가능성이 기대된다.
무선 통신 분야에서는 높은 반송파 주파수를 통해 통신 용량을 증대시킬 수 있다. 그러나 테라헤르츠파는 대기 중에서 크게 감쇠되는 단점이 있어 고출력 테라헤르츠 소자 개발이 시급하다. 실용화를 위해서는 양산 기술 확립 또한 필수적이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 NTT 이노베이티브 디바이스는 UTC 포토믹서의 성능(출력, 출력 스펙트럼 등) 향상에 주력해 왔다. 특히 무선 통신에서 표준 다단계 변조 신호를 장거리 전송하기 위해서는 1dB 압축 시 높은 출력 전력을 달성하는 것이 필수적이다.
이를 위해 NTT 이노베이티브 디바이스는 일본 대학 연구팀과 함께 소자의 방열 특성에 집중하여 방열성이 우수한 SiC 기판에 InP 기반 UTC-PD를 직접 접합하는 기술을 연구했다. 그 결과, 기존 소자 대비 약 10배 향상된 성능(1dB 압축 시 출력 전력 1mW 초과)을 제공하는 UTC 포토믹서를 구현할 수 있었다.
OKI는 CFB(순환 접합) 기술을 적용하여 InP 기반 에피택셜 웨이퍼 상의 InP 기반 결정막을 디바이스 레벨에서 분할하고, 소자 작동에 필요한 부분만 선택적으로 접합한 후 이종 재료 접합을 통해 SiC 웨이퍼에 접합했다. CFB 기술은 OKI가 프린터 시장에서 개발하고 약 20년간의 양산 경험을 통해 완성도를 높인 독자적인 이종 재료 접합 기술로, 이미 높은 수율을 확보한 상태이다.
이 기술은 디바이스 레벨에서 분할된 InP 기반 결정막을 웨이퍼 크기 규모로 접합하기 때문에 높은 효율성을 제공한다. CFB 기술을 사용하여 접합한 소자의 수율을 평가한 결과, 접합 공정 수율이 기존 공정 대비 약 50%에서 거의 100%까지 획기적으로 향상되었다. 소자 레벨에서 결정막을 분할하고 선택적으로 접합함으로써 기존 공정에서 폐기되던 결정막을 효율적으로 활용할 수 있게 되어 재료 이용 효율을 높여 비용 절감 및 환경 영향 감소에도 기여한다.
