화합물 반도체와 그 주된 특성에 대해서 설명해보세요.

[화합물 반도체(compound semiconductor)]

두 종류 이상의 원소로 구성되어 있는 반도체로, 발광 다이오드와 태양전지, 고속 IC 등에 사용된다. 화합물 반도체는 결정이 두 종류 이상의 원소 화합물로 구성되어 있는 반도체로, 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP), 갈륨-인(GaP) 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물(주기표의 Ⅲ족과 Ⅴ족의 화합물) 반도체, 황화카드뮴(CdS), 텔루르화 아연(ZnTe) 등의 Ⅱ-Ⅵ족, 황화연(PbS) 등의 Ⅳ-Ⅵ족 화합물 반도체 등이 있다.

실리콘이나 게르마늄 같은 단체(單體) 반도체와는 달리, 화합물 반도체는 발광소자(전류를 흘리면 빛이 나는 소자)를 만들 수 있으며, 레이저도 만들 수 있다. 또 전자 이동도가 커서, 화합물 반도체로 만든 트랜지스터는 실리콘으로 만든 것보다도 몇 배나 신속히 동작한다. 이처럼 화합물 반도체는 뛰어난 특성을 갖고 있어, 최근 주목을 받고 있다.

화합물 반도체의 특징은 실리콘에 비하여 고속으로 동작한다는 점, 발광 및 수광기능이 있다는 점, 내열성과 내방사선성이 있다는 점 등이 있는 반면, 복수의 원소를 화합시켜 결정을 성장시키기 때문에 균질한 결정을 만들기 어려운 점, 고아인점 등의 결점이 있다. 따라서, 고속성이 요구되는 마이크로파용 반도체나 발광다이오드, 반도체 레이저 등의 광 반도체 소자 등 실리콘으로는 실현하기 힘든 반도체에 사용되고 있다.

[응용과 전망]

화합물 반도체는 발광 다이오드로서 램프, 카메라, 계측기 등에 사용되는 외에, 레이저 다이오드, 수광소자, 태양전지, 마이크로파 소자, 홀소자, 고속 IC 등에 사용되고 있다. 최근에는 GaN(질화갈륨) 및 SiC(탄화규소) 기반의 전력반도체가 급속히 성장하고 있다. GaN은 고전자이동도트랜지스터(HEMT) 구조를 활용하여 5G 기지국용 RF 소자, 전기차 OBC(On-Board Charger), 급속 충전 어댑터(GaN 충전기) 등에 폭넓게 적용되고 있다. SiC는 고전압·고온 환경에서 뛰어난 특성을 발휘하여 전기차 인버터의 핵심 소재로 자리잡았으며, 테슬라·현대자동차 등 주요 완성차 업체들이 SiC MOSFET을 탑재하고 있다. 앞으로도 전기차·신재생에너지 분야를 중심으로 화합물 반도체의 수요 신장이 지속적으로 기대된다.