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스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)이 파워반도체용 질화갈륨(GaN) 기판 양산을 확대한다.
GaN은 현재 주류인 실리콘을 대체할 것으로 기대되는 결정 소재이며 파워반도체 기판에 적용하면 전력 공급 및 제어에 이용하면 에너지 절약과 디바이스 소형화에 기여한다.
스미토모케미칼이 공급하는 GaN 기판은 사파이어 기판 위에 유기금속 화학적 기상증착법(MOCVD)으로 형성한 박막 위에 티타늄(Titanium) 막을 증착한다. 이후 전기로에서 가열해 기판을 형성하고 결정성장로에서 수소화 기상증착법(HVPE)으로 후박 GaN을 만든다.
고휘도 레이저 프로젝터 등 광디바이스용 레이저 다이오드 2인치 기판 시장의 50% 이상의 점유율을 차지하는 스미토모케미칼은 데이터센터 서버 전원 및 전기자동차(EV)용 등 파워디바이스 수요가 증가할 것으로 판단하고 GaN 대구경화를 추진해 2022년 4인치 고속대량 스크리닝 실증 설비를 가동하고 양산기술을 확립했으며 상용화를 위해 수요기업과 구체적인 조정을 진행하고 있다.
현재 주류인 실리콘 기판 위에 GaN을 형성하는 GaN on Si는 횡형이어서 소자 표면에만 전류가 흘러 전압에 한계가 있으나 종형인 GaN on GaN은 전류가 전체적으로 흘러 대전력·소형화가 동시에 가능하다.
아울러 스미토모케미칼은 전자 이동을 저해하는 불순물 저감에 주력해 4인치 기판의 전자 이동성을 세계 최고수준인 상온에서 Vs당 1480평방센티미터, 저온에서 1만4300평방센티미터까지 향상시켰다.
파워반도체 등 전자디바이스 수요기업의 생산라인은 광디바이스와 달리 6인치 또는 8인치가 주류이기 때문에 4인치 상용화 뿐만 아니라 6인치도 2024년부터 엔지니어링 샘플을 공급하고 수율 개선에 주력하면서 2026년 예정인 양산화 시기를 앞당길 계획이다.
스미토모케미칼은 앞으로 이바라키(Ibaraki) 공장에서 GaN을, 미국 자회사인 Sumitomo Chemical Advanced Technologies(SCAT)에서 갈륨비소(GaAs)를 공급할 방침이며 2023년부터 자동차용 라이다(LiDAR)를 시작으로 산업·민생용 3D 센싱 광원 등에 이용되는 VCSEL용 GaAs 에피를 본격 생산할 예정이다.
GaAs 에피는 고주파영역에서 신호처리에 강점이 있으며 낮은 소비전력 덕분에 스마트폰 얼굴인식 분야에서 사용이 확대되고 있다.
스미토모케미칼은 시장 점유율 1위인 영국 IQE와 타이완 VPEC(Visual Photonics Epitaxy)를 추격하기 위해 SCAT를 중심으로 주요 시장인 북미에서 확대되는 수요를 공략할 계획이다. (윤)