2025년 갈륨 나이트라이드(epitaxial) 웨이퍼 제조: 고효율 전자기기의 미래를 이끄는 힘. 급속한 혁신과 시장 확장이 향후 5년을 어떻게 형성하고 있는지 알아보세요.

행정 요약: 주요 트렌드 및 2025년 시장 전망
시장 규모, 성장률 및 2029년 예측 (18% CAGR)
기술 개요: GaN Epitaxial 웨이퍼 제조 공정
주요 업체 및 전략적 이니셔티브 (예: nexgenpower.com, ams-osram.com, sumitomochemical.com)
응용 분야: 전력 전자기기, RF 및 광전자기기
공급망 분석 및 원자재 소싱
지역 시장 동향: 아시아-태평양, 북미, 유럽
혁신 주도 요소: 장치 성능, 효율성 및 소형화
과제: GaN 에피택시에서의 수율, 비용 및 확장성
미래 전망: 2030년까지의 로드맵 및 새로운 기회
출처 및 참고 문헌

행정 요약: 주요 트렌드 및 2025년 시장 전망

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조 부문은 2025년에 세가가치적인 전환기에 진입하고 있으며, 이는 고성능 전력 전자기기, 레이디오 주파수(RF) 장치 및 광전자 응용 분야에 대한 수요 급증에 의해 주도되고 있습니다. GaN의 우수한 재료 특성—폭넓은 밴드갭, 높은 전자 이동도, 열적 안정성 등—은 전통적인 실리콘 및 실리콘 카바이드 기판에 대한 채택을 가속하고 있으며, 특히 전기차(EV), 5G 인프라, 고급 조명에서 두드러집니다.

주요 산업 참여자들은 엄격한 품질 및 용량 요구를 충족하기 위해 생산 능력을 확장하고 에피택시 성장 기술, 특히 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)을 정제하고 있습니다. ams OSRAM와 Nichia Corporation는 LED 및 레이저 다이오드 시장에서 수십 년간의 전문성을 활용하여 GaN 웨이퍼 및 장치 제조의 글로벌 리더로 남아 있습니다. Coherent Corp. (이전의 II-VI Incorporated)와 Sanan Optoelectronics는 GaN 에피택시 생산 라인을 확장하여 5G 및 위성 통신을 위한 전력 전자기기 및 RF 프론트 엔드 모듈을 목표로 하고 있습니다.

2025년에는 시장이 4인치에서 6인치, 나아가 8인치 포맷으로 전환되는 대규모 웨이퍼 직경의 이동을 목격하고 있으며, 이는 수율을 개선하고 장치당 비용을 절감하는 것을 목표로 하고 있습니다. Epiworld International 및 Suquan Technology와 같은 회사의 투자가 뒷받침하는 이 전환은 6인치 GaN-on-silicon 및 GaN-on-silicon carbide(SiC) 에피택시 웨이퍼 생산을 증가시키고 있습니다. 대규모 웨이퍼로의 이동은 향후 몇 년 동안 가속화될 것으로 예상되며, 8인치 GaN 에피택시는 현재 개발 중에 있습니다.

공급망 지역화 및 수직 통합은 또한 주요 트렌드이며, 제조업체들은 원자재 소스를 확보하고 가치 사슬 전반에서 품질을 관리하고자 합니다. pSemi Corporation (Murata의 자회사)와 Innolight Technology는 에피택시 웨이퍼 생산과 장치 제조 통합에 주목하고 있으며, 이를 통해 리드 타임을 단축하고 성능 일관성을 높이기 위해 노력하고 있습니다.

앞을 내다보면, GaN 에피택시 웨이퍼 시장은 2025년과 그 이후로 강력한 성장을 위한 준비를하고 있으며, 이는 전기화 추세, 고주파 통신의 확산 및 지속적인 고체 조명으로 인한 것입니다. 용량, 프로세스 혁신 및 공급망 회복력에 대한 전략적 투자가 경쟁 구도를 결정짓고 있으며, 아시아 태평양 제조업체들이 글로벌 생산에서 지배적인 위치를 유지할 것으로 예상됩니다.

시장 규모, 성장률 및 2029년 예측 (18% CAGR)

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조를 위한 글로벌 시장은 전력 전자기기, 레이디오 주파수(RF) 장치 및 광전자 분야에서의 수요 급증에 힘입어 강력한 확장을 경험하고 있습니다. 2025년 현재, 시장 가치는 저단위 수십억 달러로 추정되며, 주요 업계 참여자들은 강한 주문량과 생산 능력의 확장 보고하고 있습니다. GaN 에피택시 웨이퍼의 복합 연간 성장률(CAGR)은 약 18%로 2029년까지 지속될 것으로 예상되며, 이는 기술 발전과 GaN 기반 장치의 폭발적인 채택을 반영합니다.

GaN 에피택시 웨이퍼 부문의 주요 업체로는 IQE plc가 있으며, 이는 복합 반도체 에피택시 전문 기업이고, Kyocera Corporation은 GaN 기판 및 웨이퍼 기술에 대규모로 투자한 기업입니다. 중국의 Sanan Optoelectronics는 기판에서 에피택시 웨이퍼에 이르는 수직 통합 생산을 통해 또 다른 주요 공급업체로 자리잡고 있습니다. Ferrotec Holdings Corporation과 Sumitomo Electric Industries도 두드러진 기업으로, 후자는 고유의 수소 화합물 기상 에피택시(HVPE) 및 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 공정으로 알려져 있습니다.

최근 몇 년 동안, 아시아와 유럽에서 새로운 MOCVD 반응기 설치 및 클린룸 확장에 대한 상당한 투자가 이어졌습니다. 예를 들어, IQE plc는 RF 및 전력 장치 제조업체의 수요 증가에 대응하기 위해 생산 능력 증가를 발표했습니다. 한편, Sanan Optoelectronics는 GaN-on-silicon 및 GaN-on-silicon carbide (SiC) 웨이퍼 생산을 확대하며 국내 및 국제 시장을 겨냥하고 있습니다.

2029년까지의 시장 전망은 다음과 같은 여러 요소에 의해 뒷받침됩니다: 차량의 전기화, 5G 인프라의 보급 그리고 빠른 충전 소비자 장치의 확산. GaN의 우수한 전자 이동도 및 파괴 전압은 실리콘에 비해 그 채택을 가속하고 있습니다. power conversion과 RF 프론트 엔드 모듈에서의 높은 효율성을 달성하기 위해, 웨이퍼 제조업체들은 수율을 개선하고, 6인치 및 8인치 웨이퍼 생산량을 확대하며 결함 밀도를 줄이기 위해 경쟁하고 있습니다.

2029년까지 GaN 에피택시 웨이퍼 시장은 50억 달러에 달할 것으로 예상되며, 아시아 태평양 지역이 여전히 주요 생산 허브로 남을 것입니다. 전략적 파트너십, 장기 공급 계약 및 지속적인 프로세스 혁신이 경쟁 구도를 형성할 것으로 예상되며, 기존 기업들과 신규 진입자들이 이 고성장 분야의 시장 점유율을 쟁취하기 위해 경쟁할 것입니다.

기술 개요: GaN Epitaxial 웨이퍼 제조 공정

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조는 차세대 전력 전자기기, RF 장치 및 광전자기기의 핵심 기술입니다. 이 공정은 일반적으로 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 또는 수소 화합물 기상 에피택시(HVPE)를 사용하여 기판에 고순도 GaN 층을 증착하는 것입니다. 2025년 현재, 산업은 더 높은 장치 성능과 비용 효율성의 요구에 의해 공정 제어 및 기판 공학에서 빠른 발전을 목격하고 있습니다.

MOCVD는 GaN 에피택시에 최상의 기술로 여겨지며, 층 두께, 도핑 및 조성에 대해 정밀한 제어를 제공합니다. AIXTRON SE와 Veeco Instruments Inc.와 같은 주요 장비 공급자들은 균일성, 처리량 및 자동화가 향상된 새로운 MOCVD 플랫폼을 도입하여 6인치 및 8인치 GaN-on-silicon 웨이퍼의 대량 생산을 가능하게 하고 있습니다. 이러한 더 큰 웨이퍼 포맷은 장치 제조를 스케일업하고 장치당 비용을 줄이는 데 중요합니다.

기판 선택은 GaN 에피택시 웨이퍼 품질에 중요한 요소입니다. 사파이어 및 실리콘 카바이드(SiC)는 전통적인 선택이지만, 비용이 낮고 기존 반도체 제조 시설과의 호환성 때문에 실리콘 기판의 채택이 증가하고 있습니다. Nitride Semiconductors Co., Ltd.와 onsemi와 같은 회사들은 GaN-on-silicon 기술을 적극적으로 개발하며, 전력 변환 및 RF의 고부가가치 응용 분야에 목표를 두고 있습니다. 한편, IQE plc와 Sumitomo Electric Industries, Ltd.는 SiC의 우수한 열전도성을 활용하여 고주파 및 고전력 장치를 위한 GaN-on-SiC 에피택시를 계속 발전시키고 있습니다.

결함 감소 및 균일성 향상은 지속적인 도전 과제입니다. 첨단 현장 모니터링 및 실시간 프로세스 분석이 에피택시 반응기에 통합되고 있으며, 이를 통해 성장 매개변수의 엄격한 제어와 이상 징후의 조기 발견이 가능합니다. 이는 높은 신뢰성을 요구하는 전력 및 RF 장치의 낮은 전위 밀도를 달성하는 데 중요합니다.

향후 몇 년 간 8인치 GaN 에피택시 웨이퍼의 추가 채택 및 새로운 기판 및 완충 층 기술이 향후 등장할 것으로 예상됩니다. Wolfspeed, Inc.와 ROHM Co., Ltd.와 같은 웨이퍼 제조업체와 장치 제작자 간의 협력 노력이 GaN 소재의 상용화를 가속화하고 있으며, 이러한 발전은 2025년 이후 전기차, 5G 인프라 및 에너지 효율적인 전력 시스템에 대한 시장 요구를 지원할 준비가 되어 있습니다.

주요 업체 및 전략적 이니셔티브 (예: nexgenpower.com, ams-osram.com, sumitomochemical.com)

2025년 갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조의 글로벌 지형은 주요 산업 참가자들 간의 생산 능력 확장, 전략적 파트너십 및 기술 혁신으로 특징지어집니다. 전력 전자기기, RF 및 광전자기기에서 GaN 기반 장치의 수요가 급증함에 따라 기존 제조업체와 신생 기업들은 시장 점유율과 기술적 리더십을 확보하기 위해 노력을 강화하고 있습니다.

가장 두드러진 회사 중 하나인 Sumitomo Chemical는 갈륨 나이트라이드 에피택시 웨이퍼의 주요 공급업체로 남아 있으며, 복합 반도체 재료 분야에서 수십 년의 전문성을 활용하고 있습니다. 이 회사는 생산 확대 및 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 공정을 정제하는 데 투자하여 차세대 전력 및 RF 응용 분야에 적합한 고품질 대형 웨이퍼를 제공합니다. Sumitomo Chemical의 전략적 초점은 고수율 및 고성능 장치 제작을 위한 웨이퍼 사양 최적화를 위해 장치 제조업체와 협력하는 것입니다.

또 다른 주요 업체인 ams-OSRAM는 GaN 에피택시부터 장치 제조에 이르는 수직적 통합 접근법으로 인정받고 있으며, 특히 광전자 및 고급 조명 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 2024년과 2025년 동안 ams-OSRAM은 자동차, 산업 및 소비자 전자기기 부문의 증가하는 요구를 충족하기 위해 6인치 및 8인치 웨이퍼의 GaN 생산 능력을 확대하기 위한 추가 투자를 발표했습니다. 이 회사의 전략적 이니셔티브에는 장비 공급자 및 연구 기관과의 파트너십이 포함되어 있어 GaN-on-silicon 및 GaN-on-silicon carbide (SiC) 기술의 채택 속도를 가속화하고 있습니다.

와 같은 신생 기업도 중요한 발전을 이루고 있습니다. NexGen Power Systems는 전통적인 GaN-on-silicon 기판에 비해 우수한 열 및 전기 성능을 제공하는 GaN-on-GaN 에피택시 웨이퍼 기술을 전문으로 하고 있습니다. 이 회사의 최근 발표는 새로운 에피택시 반응기의 가동 및 고효율 전력 변환 장치의 상용화를 지원하는 파일럿 생산 라인의 구축을 강조하고 있습니다.

기타 주목할 만한 제조업체에는 고급 반도체 재료의 글로벌 공급업체인 IQE가 있습니다. 이 회사는 RF 및 전력 장치 시장을 충족하기 위해 GaN 에피택시 능력을 확장하였습니다. IQE의 전략적 이니셔티브에는 foundries 및 장치 제조업체와의 협력이 포함되어, 공급망 회복력을 보장하고 GaN 기반 제품의 시장 출시 시간을 가속화하고 있습니다.

앞으로, 경쟁 구도가 더욱 치열해질 것으로 예상되며, 회사들은 추가 생산 능력 확장, 수직 통합 및 기술 파트너십을 추진할 것입니다. 대형 웨이퍼 직경, 개선된 재료 품질 및 비용 절감에 대한 초점이 계속해서 전략적 이니셔티브의 중심이 될 것이며, 이를 통해 주요 업체들은 2025년 이후 GaN 에피택시 웨이퍼 산업의 최전선에 자리 잡을 것입니다.

응용 분야: 전력 전자기기, RF 및 광전자기기

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼는 전력 전자기기, 레이디오 주파수(RF) 장치 및 광전자기기 분야에서 혁신의 맨 앞에 서 있으며, 2025년에는 채택 속도와 기술적 정제가 가속화되는 시기를 맞이하고 있습니다. GaN의 독특한 재료 특성—폭넓은 밴드갭, 높은 전자 이동도 및 뛰어난 열 전도성—은 이러한 분야의 차세대 장치에 통합을 이끌고 있습니다.

전력 전자기기 분야에서 GaN 에피택시 웨이퍼는 전기차(EVs)에서 재생 에너지 인버터 및 빠른 충전 인프라에 이르는 응용 분야에서 고효율 트랜지스터와 다이오드를 생산할 수 있게 하고 있습니다. Infineon Technologies AG와 STMicroelectronics와 같은 주요 제조업체들은 증가하는 고성능 전력 모듈에 대한 수요를 충족하기 위해 내부 및 파트너 소싱된 에피택시 웨이퍼 공급을 활용하여 GaN 장치 포트폴리오를 확장하고 있습니다. 특히 자동차 부문에서는 OEM이 에너지 효율성을 개선하고 시스템 크기를 줄이기 위해 온보드 충전기와 DC-DC 변환 기기에 GaN 도입을 높일 것으로 예상됩니다.

RF 분야에서 GaN 에피택시 웨이퍼는 5G 기지국, 위성 통신 및 레이더 시스템에 사용되는 고출력, 고주파 증폭기를 제작하는 데 중요합니다. Mitsubishi Electric Corporation와 NXP Semiconductors와 같은 회사들은 GaN RF 장치 생산을 확대하고 있으며, 이는 GaN의 높은 출력과 효율성을 전통적인 실리콘 및 심지어 실리콘 카바이드(SiC) 솔루션에 비해 제공합니다. 5G의 글로벌 확산 및 방산과 항공 우주 응용의 확장은 2025년과 그 이후에도 GaN RF 구성 요소에 대한 강력한 수요를 지속시키는 것으로 예상됩니다.

광전자기기 분야에서는 GaN 에피택시 웨이퍼가 고휘도 LED, 레이저 다이오드 및 새로운 마이크로 LED 디스플레이의 제조를 뒷받침하고 있습니다. OSRAM와 Nichia Corporation는 GaN 기반 광전자 장치 혁신의 최전선에 있으며, 에피택시 웨이퍼 품질 및 대구경 기판 개발에 지속적인 투자를 하고 있습니다. 특히 마이크로 LED 디스플레이 분야는 소비자 전자기기 및 자동차 디스플레이 제조업체들이 높은 밝기, 효율성 및 긴 수명을 요구함에 따라 성장할 것으로 예상됩니다.

앞으로 GaN 에피택시 웨이퍼의 응용 분야는 확장될 것으로 보이며, 웨이퍼 균일성, 결함 감소 및 확장 가능한 제조 공정의 지속적인 발전이 이루어질 것입니다. 웨이퍼 공급자와 장치 제조업체 간의 전략적 협력이 가속화되어 안정적인 공급망을 보장하고 고성능 전자 및 광학 시스템의 다음 물결을 촉진할 것으로 예상됩니다.

공급망 분석 및 원자재 소싱

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조의 공급망은 2025년 경에 수직 통합 증가, 전략적 파트너십 및 필수 원자재 확보에 집중되고 있습니다. GaN 웨이퍼는 고성능 전력 전자기기와 RF 장치의 기초가 되며 그 생산은 기판 재료와 전구체 화학물질 공급자들의 복잡한 네트워크에 의존하고 있습니다.

GaN 에피택시 웨이퍼의 주요 원자재는 고순도 갈륨, 암모니아, 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어 또는 실리콘과 같은 기판입니다. 대부분의 갈륨은 알루미늄 및 아연 정제의 부산물로 생산되며, 중국, 독일 및 카자흐스탄과 같은 국가에서 상당한 양이 생산됩니다. 최근 몇 년 동안 공급망의 취약성 때문에 주요 제조업체들은 소싱을 다양화하고 재활용 계획에 투자하도록 촉구되었습니다. 예를 들어, Nichia Corporation, 주요 GaN 웨이퍼 및 LED 생산업체는 안정적인 갈륨 공급의 중요성을 강조하고 있으며, 외부 위험을 완화하기 위해 내부 정제 과정을 개발하였습니다.

기판 측면에서, Coherent Corp. (이전 II-VI Incorporated)와 SICC Co., Ltd.가 각각 SiC 및 사파이어 기판의 주요 공급업체입니다. 이러한 기판은 고품질 GaN 에피택시에 필수적이며 그 가용성은 웨이퍼 생산량에 직접적인 영향을 미칩니다. SiC 기판 생산 능력의 지속적인 확장은 특히 아시아와 미국에서 2025년까지 일부 공급 제약을 완화할 것으로 예상되지만, 특정 세그먼트에서 수요는 여전히 공급을 초과하고 있습니다.

GaN 층의 에피택시는 일반적으로 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 반응기를 사용하여 수행됩니다. AIXTRON SE와 Veeco Instruments Inc.와 같은 주요 장비 공급자는 2025년까지 강한 주문량을 보고하며, 이는 웨이퍼 제조업체에 의해 새로운 생산 능력에 대한 투자를 반영합니다. 이러한 회사들은 또한 고순도 전구체인 트리메틸갈륨과 암모니아의 일관된 공급을 보장하기 위해 화학 공급업체와 밀접하게 협력합니다.

앞으로 GaN 웨이퍼 공급망은 제조업체들이 장기 계약, 후방 통합 및 수명 종료 장치로부터의 갈륨 재활용을 추구함에 따라 더욱 회복력 있게 될 것으로 예상됩니다. 그러나 지정학적 요소와 몇몇 국가에 갈륨 정제가 집중된 사실은 잠재적인 위험 요소입니다. 반도체 산업 협회와 같은 산업 그룹은 국내 공급망을 강화하고 중요한 재료 처리에 대한 투자를 촉진하기 위한 정책을 지지하고 있습니다.

요약하자면, 2025년 GaN 에피택시 웨이퍼 공급망은 이전 수년보다 더 강력하지만, 원자재 확보, 기판 생산 확장 및 주요 공정을 지역화하기 위한 지속적인 노력이 필요하여 향후 몇 년간 GaN 기반 장치에 대한 빠르게 증가하는 수요를 충족해야 할 것입니다.

지역 시장 동향: 아시아-태평양, 북미, 유럽

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조의 글로벌 지형은 아시아-태평양, 북미 및 유럽이 각각 이 부문의 발전에 중요한 역할을 하며, 뚜렷한 지역 동향이 특징입니다.

아시아-태평양은 강력한 투자, 확립된 공급망 및 주요 제조업체들의 존재에 의해 주도되며, GaN 에피택시 웨이퍼 제조에서 두드러진 힘으로남아 있습니다. 중국, 일본, 한국, 대만과 같은 국가들이 선두에 있으며, 중국에서는 국유 지원 이니셔티브와 San’an Optoelectronics 및 Enkris Semiconductor와 같은 기업의 대규모 생산 능력 확장에 의해 국내 GaN 웨이퍼 생산량이 증가하고 있습니다. 일본의 Sumitomo Chemical와 Mitsubishi Electric는 수십 년의 복합 반도체 전문성을 바탕으로 고품질 기판 및 첨단 에피택시 공정에 집중하고 있습니다. 한국의 삼성전자와 LG Electronics도 특히 차세대 소비자 전자기기 및 자동차 응용 분야를 위해 GaN 기술에 투자하고 있습니다.

북미는 혁신과 고성능 GaN 솔루션에의 초점으로 구분되며, 강력한 연구 기관 및 상업 플레이어 생태계를 가지고 있습니다. 미국에는 세계 최대의 GaN 및 SiC 웨이퍼 팹 중 하나를 운영하고 있는 Wolfspeed (이전의 Cree)와 RF GaN 장치의 선두 주자인 Qorvo가 포함되어 있습니다. 이러한 기업들은 5G, 방산 및 전기차(EV) 시장에서 급증하는 수요를 충족하기 위해 생산 능력을 확장하고 6인치 및 8인치 GaN 웨이퍼 기술을 발전시키고 있습니다. 전략적 파트너십 및 정부 지원 R&D 프로그램은 차세대 경쟁력을 높이는 데 기여할 것입니다.

유럽은 공급망 회복력과 지속 가능성 측면에서 중요한 플레이어로 부상하고 있습니다. 유럽 연합(EU)의 반도체 주권에 대한 초점은 GaN 제조 인프라에 대한 투자를 촉진하고 있습니다. Infineon Technologies (독일) 및 STMicroelectronics (프랑스/이탈리아)와 같은 회사들은 자동차, 산업 및 재생 에너지 부문을 목표로 GaN 에피택시 웨이퍼 생산을 확대하고 있습니다. 공공-민간 파트너십 및 국경 간 연구 프로젝트와 같은 협력적 이니셔티브는 2025년까지 이 지역의 기술 능력 및 시장 점유율을 가속화할 것으로 예상됩니다.

앞으로 아시아-태평양 지역은 볼륨 생산에서 리더십을 유지할 것으로 예상되며, 북미와 유럽은 고부가가치, 특수화된 GaN 웨이퍼 응용에서 균형을 이루게 될 것입니다. 지역 정치 지원, 공급망 전략 및 지속적인 혁신이 향후 몇 년간 GaN 에피택시 웨이퍼 제조의 경쟁 구도를 형성할 것입니다.

혁신 주도 요소: 장치 성능, 효율성 및 소형화

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조는 장치 성능, 효율성 및 소형화에 중점을 두고 급격한 혁신 주도 요소에 의해 변모하고 있습니다. 2025년 현재, 이러한 요소는 GaN 웨이퍼 공급자 및 장치 제조업체를 위한 기술 로드맵과 경쟁 구도를 형성하고 있습니다.

주요 혁신 주도 요소 중 하나는 전력 전자기기 및 RF 응용 분야에서 요구되는 높은 장치 성능입니다. GaN의 우수한 전자 이동도 및 파괴 전압은 높은 스위칭 주파수, 낮은 손실 및 높은 전력 밀도를 갖춘 장치를 가능하게 합니다. Nichia Corporation와 Kyocera Corporation과 같은 주요 제조업체들은 차세대 고전자 이동성 트랜지스터(HEMT) 및 전력 IC에 필수적인 고순도, 저결함 GaN 층을 생산하기 위해 고급 MOCVD 및 HVPE 공정에 투자하고 있습니다.

효율성 개선은 또한 주요 동력 요소입니다. 산업들이 에너지 소비 및 열 관리 문제를 줄이기 위해 노력함에 따라 GaN 기반 장치가 빠른 충전 어댑터, 데이터 센터 전원 공급 장치 및 전기차(EV) 인버터에서 실리콘을 점차적으로 대체하고 있습니다. Ferrotec Holdings Corporation와 Siltronic AG와 같은 기업들은 고품질 에피택시 웨이퍼로 인해 가능한 GaN-on-silicon 및 GaN-on-silicon carbide(SiC) 웨이퍼의 대구경 생산을 확대하고 있어 더 높은 장치 수율과 성능 개선을 도모하고 있습니다.

소형화는 GaN 에피택시 웨이퍼 제조의 혁신도 가속화합니다. 작고 통합된 장치를 제작할 수 있는 능력은 5G 통신, 자동차 레이더 및 소비자 전자기기 애플리케이션에 필수적입니다. 삼성전자와 Soraa Inc.는 GaN 장치를 소형 모듈 및 시스템 인 패키지(SiP) 솔루션으로 통합하기 위한 고급 웨이퍼 얇게 하기, 패터닝 및 기판 공학 기술을 개발하고 있습니다.

향후 몇 년 동안 이 업계는 결함 감소, 균일성 제어 및 확장성 있는 기판 기술에서 더욱 발전할 것으로 예상됩니다. 웨이퍼 공급업체, 장치 제조업체 및 장비 공급자 간의 협력 노력이 가속화되어 8인치(200 mm) GaN 웨이퍼 플랫폼 및 새로운 이종 에피택시 접근방식에 초점을 맞출 것입니다. 이러한 혁신은 장치 성능, 에너지 효율성 및 소형화의 새로운 수준을 발휘할 수 있으며, GaN의 미래 전자기기에서의 역할을 강화할 것입니다.

과제: GaN 에피택시에서의 수율, 비용 및 확장성

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조는 2025년 진입에 따라 수율, 비용 및 확장성에서 지속적인 도전에 직면해 있습니다. 전력 전자, RF 장치 및 광전자기기에서의 성능 향상에 대한 요구가 확대됨에 따라 높은 품질의 대형 GaN 웨이퍼에 대한 수요가 더욱 날로 커지고 있습니다. 다만, 여러 기술적 및 경제적 장벽이 여전히 존재합니다.

주요 과제 중 하나는 GaN 에피택시에서의 높은 결함 밀도입니다. 특히 사파이어나 실리콘과 같은 외부 기판에서 성장할 때 그러합니다. 스레딩 변형 및 기타 결정 결함은 장치 성능 및 수율에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)과 수소 화합물 기상 에피택시(HVPE)에서의 발전으로 재료 품질이 향상되었지만, 지속적으로 낮은 결함 밀도를 규모로 달성하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. Kyocera와 Sumitomo Chemical과 같은 선두 제조업체들은 이러한 문제를 완화하기 위해 독자적인 완충 층 기술 및 기판 공학에 투자했지만, 프로세스의 복잡성이 높은 생산 비용에 기여하고 있습니다.

비용 문제 또한 고유한 GaN 기판의 제한된 가용성과 높은 가격으로 인해 심화되고 있습니다. 대부분의 상용 GaN 웨이퍼는 여전히 사파이어나 실리콘에서 생산되지만, 천연 GaN 기판은 우수한 성능을 제공하지만 대형으로 생산하기에는 비용이 많이 들고 어렵습니다. Ammono(현재 JX Nippon Mining & Metals의 일부)의 경우, 대량 GaN을 위한 암모늄 성장 방법을 개척했지만, 이러한 프로세스를 산업 수요에 맞게 확장하는 것은 상당한 장애물입니다.

확장성 문제 또한 시급한 우려 사항입니다. 4인치에서 6인치 및 심지어 8인치 GaN-on-silicon 웨이퍼로의 전환이 진행되고 있으며, 이는 더 높은 처리량 및 기존 반도체 제조 시설과의 호환성을 위해 필요합니다. 그러나 더 큰 웨이퍼는 성장 및 후처리 중에 균일성, 휨 및 균열 등의 새로운 문제를 발생시킵니다. Ferrotec와 Coherent Corp. (이전 II-VI Incorporated)은 이러한 문제를 해결하기 위해 고급 반응기 설계와 현장 모니터링 기술을 통해 노력하고 있습니다.

앞으로, 업계는 프로세스 자동화, 전구체 활용의 개선 및 에피택시에 대한 디지털 트윈 기술의 채택을 통해 수율 및 비용 효율성에서 점진적인 개선을 보일 것으로 예상됩니다. 그러나 기본적인 재료 문제, 특히 천연 GaN 기판은 향후 몇 년간 지속될 가능성이 높습니다. 웨이퍼 제조업체, 장비 공급업체 및 최종 사용자 간의 협력이 이러한 장벽을 극복하고 전력, RF 및 광학 시장에서 GaN 기반 장치의 광범위한 채택을 가능하게 하는 데 중요할 것입니다.

미래 전망: 2030년까지의 로드맵 및 새로운 기회

갈륨 나이트라이드(GaN) 에피택시 웨이퍼 제조의 미래 전망은 2025년과 2030년으로 향할수록 빠른 기술 발전, 생산 능력 확장 및 새로운 응용 분야의 출현으로 가득 차 있을 것입니다. 전 세계적으로 고효율 전력 전자기기 및 RF 장치에 대한 수요가 증가함에 따라, 제조업체들은 자동차, 소비자 전자기기, 5G 인프라 및 재생 에너지 분야의 필요를 충족하기 위해 기판 크기와 생산량을 확장하고 있습니다.

주요 트렌드는 4인치에서 6인치 및 심지어 8인치 GaN-on-silicon(GaN-on-Si) 및 GaN-on-silicon carbide(GaN-on-SiC) 웨이퍼로의 전환입니다. 이 변화는 더 높은 처리량과 장치당 비용 감소, 기존 실리콘 파운드리 프로세스와의 호환성 확보에 의해 주도되고 있습니다. IQE plc, Ferrotec Holdings Corporation, Kyocera Corporation과 같은 주요 제조업체들은 이러한 확대를 지원하기 위해 새로운 MOCVD(금속-유기 화학 기상 증착) 반응기 라인 및 자동화에 투자하고 있습니다. 예를 들어 IQE plc는 UK 및 미국 시설의 생산 능력 확대를 발표하여 전력 및 RF 시장을 타겟으로 하고 있습니다.

또 다른 주요 개발은 웨이퍼 공급업체와 장치 제조업체 간의 수직 통합이 증가하고 있다는 것입니다. Nichia Corporation와 ROHM Co., Ltd.와 같은 기업들은 GaN 에피택시 웨이퍼를 생산할 뿐만 아니라 개별 및 통합 장치를 제작하여 품질 관리 및 공급망 회복력을 더욱 강화하고 있습니다. 이러한 추세는 최종 사용자들이 자동차 및 산업 응용에 대한 높은 신뢰성과 성능을 요구하는 만큼 더 강해질 것으로 예상됩니다.

새로운 기회도 초광대역(또는 UWBG) 재료와 혁신적인 장치 구조의 연구에서 발생하고 있습니다. 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 및 기타 합금 구조의 연구 및 시범 생산이 진행 중이며, Nitride Semiconductors Co., Ltd.와 같은 기업들은 심자외선 및 고주파 장치 시장을 탐색하고 있습니다. 또한, 특정 혁신업체들이 개발 중인 GaN-on-diamond 기판은 열 관리 및 장치 효율성을 추가로 향상시킬 것으로 기대됩니다.

2030년을 바라보며, GaN 에피택시 웨이퍼 부문은 전기화 추세, 빠른 충전 인프라의 확산, 5G/6G 네트워크의 확장을 통해 강력한 성장을 이어갈 것입니다. 전략적 파트너십, 정부 지원 R&D 이니셔티브 및 제조 규모와 자동화에 대한 지속적인 투자는 이 динами적인 분야에서 새로운 기회를 포착하고 지속적인 성장을 유지하는 데 중요할 것입니다.

출처 및 참고 문헌

Will gallium nitride electronics change the world? | Upscaled

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ByQuinn Parker