일본제강소(JSW)가 차세대 반도체 기판인 질화갈륨(GaN) 기판 양산을 위해 홋카이도 무로란시에 있는 제작소에서 검증 시험을 할 계획이다.

14일 일본 경제매체 닛케이 신문에 따르면 JSW는 미쓰비시 화학과 협력해 2022년 질화갈륨 기판 샘플을 공급하고 2023년 이후 양산을 목표로 노력하고 있다. JSW는 데이터 센터용 기판 등 5G 수요가 확대할 것으로 내다보고 2030년까지 이 사업을 수십억 엔 규모로 육성할 예정이다.

기존 실리콘 반도체 기판과 비교해 질화갈륨 기판은 전력 손실이 적고 내구성이 높아 전력을 제어하는 실리콘 기판을 질화갈륨 기판으로 교체하면 소비 전력을 10% 줄일 수 있다.

질화갈륨 기판은 10년 전부터 실리콘 기판을 대체할 차세대 반도체 소재로 많은 관심을 끌었지만 높은 제조 비용으로 양산이 어려웠다.

JSW는 2020년 미쓰비시 화학, 도호쿠 대학 등과 공동으로 질화갈륨 기판 양산 방법을 개발했다. 이 방법은 2006년 개발을 시작했을 때와 비교하면 결정 성장 속도가 수십 배 빨라져 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하다.

먼저 미쓰비시 화학이 만든 질화갈륨 기판 결정을 JSW의 대형 압력 용기에 넣어 재료가 두꺼워지도록 한다. 그 다음 JSW의 대형 압력 용기 기술과 미쓰비시 화학의 질화갈륨 기판 재료 기술을 최대한 활용해 데이터 센터와 기지국용 4인치 기판을 생산한다.

JSW는 양산 전 실험 단계부터 생산 효율을 100배 이상 높여 수익성을 확보했다. JSW가 이번에 도입한 대형 압력 용기는 한 번에 수백 개의 기판을 동시에 생산할 수 있다.

질화갈륨 기판을 사용하는 제품 중 시장이 성장을 가장 기대하는 것은 전압과 전류를 제어하는 전력 반도체다. 전력 반도체는 순수 전기차(EV), 산업 설비, 전력망 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.

일본 후지경제연구소에 따르면 지난해 질화갈륨 전력 반도체 시장 규모는 22억 엔(약 228억 원)으로 2030년에는 2020년의 7.5배인 166억 엔으로 급성장할 것으로 보인다.

질화갈륨 기판은 2022년 이후 자동차 분야에도 적용될 전망이다. JSW 관계자는 “2024년까지 EV용 6인치 질화갈륨 기판을 안정적으로 생산할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

조성영 기자 chosy@nvp.co.kr