차세대 반도체 소자 GaN(질화갈륨) 트랜지스터의 핵심소재 국산화

전량 수입에 의존했던 기술공백 분야, 기술종속 우려 해소하고 기술자립 완성돼

반도체 소재기업 아이브이웍스(대표이사 노영균)는 21일 국내 최초로 DC Power, RF Power 트랜지스터용 ’8인치 GaN on Si 에피웨이퍼’ 및 ‘4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼’ 국산화에 성공했다고 밝혔다.

GaN 에피웨이퍼는 Si 웨이퍼 또는 SiC 웨이퍼 위에 다층의 GaN 계열 단결정층을 성장한 웨이퍼로서 차세대 반도체 소자인 GaN 트랜지스터의 핵심소재이다.

GaN 트랜지스터는 고효율, 고출력, 고주파, 고온안정성 및 높은 내전압 특성으로 DC Power 및 RF Power 분야에서 기존 Si 트랜지스터를 대체할 소자로 알려져 있고 DC Power 분야에서는 고효율 전력변환분야, 무인자동차 센서, 전기자동차 및 데이터서버의 전원공급기 등에 응용되며 RF Power 분야에서는 방산용 레이더 및 5G 이동통신의 전력증폭기 분야에 필수적으로 사용되는 차세대 소자이다. 최근 5G 이동통신시장의 급부상으로 GaN 트랜지스터의 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며 최신 레이더 기술의 부품에 사용되어 핵심방산기술로서 기술력 확보의 중요성이 대두되고 있다. 국내에서도 일부 선도업체가 GaN 트랜지스터 기술을 개발하고 초기시장에 성공적으로 진입하여 시장점유를 확대하고 있다.

그러나 GaN 트랜지스터의 핵심소재인 GaN 에피웨이퍼는 전량 해외 수입에 의존하고 있다. 국내에서는 그동안 대학 및 국책연구소등을 주축으로 초기 기술개발만 진행된 상황으로서 사업화한 국내업체는 전무한 실정이었다. 오랜 기술축적 및 노하우가 필요한 화합물반도체 에피웨이퍼 성장분야 특성상 화합물반도체 기술을 선도해온 미국, 유럽, 일본 등에 기술종속이 심각하게 우려되고 있었다.

아이브이웍스는 2011년 설립된 GaN 에피웨이퍼 전문 기업으로서 기술력과 시장성을 인정받아 송현인베스트먼트, 마젤란기술투자, 수림창업투자, 마이다스동아인베스트먼트, 삼성벤처투자 로부터 총 29억원의 시리즈 A 및 A+ 투자를 유치했다. 또한 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 통해 대전 대덕연구개발특구 내에 국내 최초로 GaN 에피웨이퍼 파일럿 생산라인을 구축하고 DC, RF Power 트랜지스터용 8인치 GaN on Si 에피웨이퍼 및 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 국산화에 성공했다.

특히 8인치 GaN on Si 에피웨이퍼의 경우 기존 해외 경쟁사들이 사용하는 Si(111) 기판 대신에 Si(110) 기판을 사용함으로서 GaN 트랜지스터와 구동회로를 한 기판에 집적할 수 있는 장점이 있으며 국내뿐만 아니라 세계최초로 8인치에 적용하여 전자이동도 2,500 cm²/VS, 면저항 360 ohm/sq, 면저항 균일도 5%, 두께 균일도 2%, 항복전압 600V 등 최고 수준의 특성 확보에 성공하였다.

4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼의 경우 전자이동도 1,800 cm²/VS, 면저항 350 ohm/sq, 면저항 균일도 3%, 두께 균일도 2%, 항복전압 >1,000V 특성을 확보했으며 해외 파운드리업체 및 국내외 GaN 트랜지스터 업체와 전략적 파트너십을 통해 5G 이동통신 및 방산시장에 적극적으로 진출할 계획이다.

또한 생산량을 높이기 위해 2월초 추가 대구경 양산 장비 발주를 완료했으며 신규 양산장비가 셋업 완료되는 연말까지 파일럿 생산을 진행할 계획이다. 아이브이웍스는 양산 시 생산성 극대화를 위해 에피웨이퍼 생산에 적용되는 머신러닝 플랫폼을 독자적으로 개발 중이며 그동안 축적된 기술 데이터와 파일럿 생산을 통해 확보되는 데이터를 양산에 적용해 2019년에는 에피웨이퍼 생산능력을 월 1,000장 규모까지 증가시키고 수요 확대에 대응할 예정이다.

아이브이웍스 노영균 대표는 “국내에서는 아무도 사업화에 도전하지 못했던 공백기술 분야에서 집중적인 연구개발과 공격적인 투자를 계속해왔다. 핵심특허기술(반도체결함감소기술, 국내외 7개 특허등록)과 단결정성장 양산장비기술 확보를 통해 해외 경쟁기업과 차별화되는 GaN 에피웨이퍼를 개발했고 양산 첫해 연매출 80억원, 이후 매년 50% 이상의 성장률로 5년간 총 850억원 이상의 수입대체효과를 기대할 수 있다” 라고 밝혔다.