SCC, 4인치 HVPE 양산기술 확립 … MCC, 아모노서멀법 적용 추진

일본이 차세대 파워반도체용 GaN(질화갈륨) 웨이퍼 상용화에 속도를 내고 있다.
GaN 웨이퍼는 실리콘(Silicone) 웨이퍼가 주류인 반도체 시장에서 파워반도체 용도를 시작으로 위상을 강화하고 있으며 현재 일본기업이 차세대제품 개발을 주도하고 있다. 
특히, 스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)과 미츠비시케미칼(MCC: Mitsubishi Chemical) 등 화학 메이저들은 독자적인 생산기술과 강점을 살려 차세대 이동통신 시스템 등이 요구하는 대구경 니즈에 대응하는 양산기술 확립을 서두르고 있다.
개발 경쟁이 치열해지는 가운데 잠재력이 큰 시장에서 유리한 지위를 선점하기 위해 외부와 연계하는 흐름도 나타나고 있으며 시장이 어떻게 형성될지 주목된다.
차세대 파워반도체는 고전압 내성이 요구됨에 따라 기존 실리콘계를 능가하는 특성을 갖춘 SiC(탄화규소)와 GaN이 신소재로 부상하고 있다.
SiC가 선행하는 가운데 고효율화·소형화에 기여하는 GaN은 5G(5세대 이동통신), 6G 대응 기지국과 전기자동차(EV) 등 광범위한 분야에 적용이 기대되고 있다.
화학기업들도 GaN 웨이퍼 개발에 속도를 내고 있다. 당초 소구경 그레이드부터 양산기술을 확립해 대형화를 추진할 것으로 예상됐으나 최근 대구경화 니즈가 빠르게 확대됨에 따라 대구경 그레이드 양산기술 확립을 위한 경쟁이 심화되고 있다.
스미토모케미칼은 프로젝터 등에서 사용되는 레이저 다이오드용 GaN 자립기판 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있으며 에피택시(Epitaxy)와 가공 분야에서 축적한 기술과 채용실적을 무기로 파워반도체용으로 사업을 확대할 계획이다.
현재 수소화 기상증착법(HVPE)을 GaN 에피택셜 웨이퍼에 적용하고 있으며 레이저용은 주로 2인치로 공급하고 파워디바이스용은 이미 4인치 양산기술을 확립한 것으로 알려졌다.
대구경 그레이드 니즈에 대응하기 위해 6인치 그레이드 개발을 서두르고 있으며 샘플 공급 준비를 마치고 양산기술 확립과 동시에 마케팅을 강화할 예정이다.
이밖에 수직으로 성장하는 수직형 GaN On GaN도 개발하고 있다. 수직형은 실리콘 기판 위에 형성하는 가로형과 달리 전류가 수직방향으로 흘러 고전압과 대전류에 적합한 것으로 평가된다.
미츠비시케미칼은 HVPE법 2인치 그레이드를 레이저용으로 공급하고 있으며 저결함성을 무기로 공세를 강화하고 있다.
파워반도체용으로는 JSW(Japan Steal Works)의 무로란(Muroran) 공장 내 실증설비를 이용해 저압산성 아모노서멀법(Ammonothermal)을 채용한 에피택시 양산기술을 개발하고 있다.
시드 결정 생산은 오카야마(Okayama) 사업장에서, 웨이퍼 가공은 간토(Kanto) 사업장에서 수행하는 체제를 확립했으며 2023년부터 4인치 그레이드 샘플 출하를 시작했다.
아모노서멀법 에피택셜 웨이퍼 6인치 그레이드는 2020년대 후반 채용을 목표로 2025년부터 샘플 공급을 시작하고 8인치 그레이드 개발을 가속화할 계획이다. 
미츠비시케미칼은 GaN 웨이퍼 조기 상용화를 위해 다른 기술도 개발하고 있다. 도요다고세이(Toyoda Gosei), 파나소닉(Panasonic) 등과 공동으로 나트륨 플럭스법(Sodium Flux)으로 시드 결정을 만들어 아모노서멀법으로 결정을 성장시키는 양산기술 개발을 추진하고 있다.
독자기술과 나트륨 플럭스법을 활용한 기술 투 트랙으로 개발에 주력해 경쟁기업보다 먼저 기술 확립을 노리는 것으로 파악된다.
고휘도 LED(Light Emitting Diode) 분야에서 채용실적을 보유한 NGK는 파워반도체 적용에 대비해 대구경 그레이드 조기 양산체제 건설을 추진하고 있으며, 신에츠케미칼(Shin-Etsu Chemical)은 GaN 에피택시용 복합소재인 QST 기판 12인치 대형화에 성공해 9월부터 샘플 공급을 시작했다. (윤우성 선임기자)