비투지가 '수직형 질화갈륨(GaN) 전력 반도체' 개발에 도전한다. 기존 실리콘이나 사파이어 웨이퍼에 GaN을 올렸던 것과 달리, GaN과 GaN을 직접 쌓아 전력 반도체 성능을 한층 더 끌어올릴 계획이다. GaN 웨이퍼부터 공정 기술, 반도체 칩 생산까지 전주기 생산 체계도 구축한다.
신영훈 비투지 기술연구소장은 '2023 소부장 테크페어 in 대구'에서 비투지 GaN 반도체 사업 로드맵을 공유했다. 신 소장은 “최근 1000볼트(V)급 수직형 GaN 다이오드 기술을 확보했다”며 “의료용 장비 센서부터 전기차까지 수요처에 맞는 차세대 GaN 전력 반도체 개발 및 생산 체계를 구축할 예정”이라고 밝혔다.
GaN 전력 반도체는 실리콘카바이드(SiC)와 함께 대표적 화합물 반도체로 손꼽힌다. 내열성과 내전압이 우수해 차세대 전력 반도체로 주목받고 있다.
현재 GaN 반도체는 대부분 실리콘이나 사파이어 등 다른 종류의 웨이퍼 기판에 GaN을 올린다. 에피택시라는 성장 기술이 쓰인다. 이 경우 전류가 수평으로 흘러 전력 반도체 성능을 높이는데 한계가 있다. SiC 기반 GaN 반도체가 스마트폰 고속 충전기 등 한정적 시장에서 쓰이는 이유다.
비투지는 반도체 전압과 전류 밀도 성능을 향상시키기 위해 'GaN on GaN(수직형)' 반도체를 개발한다. GaN 웨이퍼 위에 바로 GaN을 성장시키는 방식으로 전류가 수직 방향으로 흘러 고출력 뿐 아니라 반도체 칩 크기도 줄일 수 있다.
신 소장은 “GaN 위에 GaN을 올려 수직형 소자를 양산한 사례가 없는 만큼 시장 선점이 가능할 것”이라며 “전기차나 고속 충전 시설, 초대용량 전력 반도체 등 다양한 시장에서 수요가 있을 것”으로 전망했다. 특히 전기차 확산으로 대용량 배터리·급속 충전·고효율 전력 전환 등 수직형 GaN 반도체 쓰임이 점점 늘어날 것이라고 부연했다.
비투지는 수직형 GaN 전력 반도체 기술 고도화를 위해 국내외 연구기관 및 대학과 협력하고 있다. 국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI)·포항가속기연구소·대구경북과학기술원(DGIST)과, 해외에서는 일본 시즈오카 공대·후루카와전기 등과 손을 맞잡았다.
회사는 수직형 GaN 반도체를 위한 생산 인프라 투자도 시작했다. 부산 기장 산업단지에 4500평 규모 전력 반도체 생산 거점을 구축하고 있다. 2028년까지 2000억원을 투입한다. GaN 웨이퍼부터 성장 공정, 반도체 제조까지 이르는 일괄 생산 라인이다.
신 소장은 “SiC 전력 반도체 대비 경쟁 우위에 있는 GaN 반도체를 만들어 새로운 시장을 창출하겠다”고 말했다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
