GaAs와 GaN 웨이퍼 시장과 업체 동향

기사입력 2016.10.12 12:51
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1. GaAs 웨이퍼

• 시장: PA(Power Amp)가 양호하여 디바이스용 견인

  GaAs는 LED나 레이저 다이오드(LD) 등의 광 디바이스용, PA나 안테나 스위치 등의 전자 디바이스용을 주요 용도로 하고 있다. 2015년 GaAs 웨이퍼 시장은 계속하여 광 디바이스용이 저조한 한편, 전자 디바이스용은 Power Amp(PA) 등의 수요가 많다. 전체적으로 전년대비 1.4% 증가한 420억엔으로 플러스 성장을 확보될 수 있는 예상이다. 광 디바이스용으로는 주요 어플리케이션인 적외선 및 가시광선 LED 수요가 가전이나 PC의 부진에 영향을 받아서 저조한 추세를 보이고 있다. 한편으로 전자 디바이스는 SW(Switch) IC로 실리콘계 재료에 의한 잠식은 있으나 PA용 수요가 스마트폰을 중심으로 양호하여 GaAs 웨이퍼 시장을 지원하는 존재가 되고 있다.

  SW IC에서는 지금까지는 GaAs 기반이 주류였으나 최근 들어 낮은 가격화나 고집적화를 목적으로 SOI(Silicon on Insulator) 등 실리콘계 재료가 크게 대두되었다. 즉 SOI-SW가 시장의 주역이 될 상황으로 GaAs 웨이퍼 업체 사이에서는 SW-IC 실리콘화의 흐름은 멈추지 않고 있다고 한다. 한편, PA는 스마트폰의 많은 주파수대역의 고주파 대응 요구를 받아서 GaAs가 본래 갖고 있는 재료특성이 개선될 경향에 있다. 한때는 CMOS-PA와 같은 실리콘 재료로의 교체도 예측 되었으나, 향후 LTE화, 많은 주파수대역, CA(Carrier Aggregation)화의 진전을 고려한다면 GaAs가 우월한 시장이 계속될 상황이다.


2. GaN 웨이퍼

• 시장: 종형 디바이스 등장에 기대

  GaN 웨이퍼의 용도는 크게 나눠서 1) LD 2) LED 3) 전자 디바이스(파워 디바이스/고주파 디바이스)로 분류된다. 현재 시장의 크기는 LD와 LED 용으로 구성되고 있으나, 향후의 시장 성장은 전자 디바이스용이 클 것으로 기대된다.

  전자 디바이스용 중에서 GaN을 사용하는 파워 디바이스 개발은 현재 GaN on Si가 주류이다. 기판에도 GaN 웨이퍼를 사용하는 호모 GaN 형의 파워 디바이스 개발은 지금으로서는 연구개발 수준에 머무르고 있다. 단지, 일본 정부가 주도하는 전략적 신기술 창조 프로그램(SIP) 중에서 종형 GaN 파워 디바이스도 개발 테마의 하나로 보고 있어, 산·학·관에서의 개발이 활발해 질 것 같다.

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3. 각 업체의 동향

(1) 스미토모전기공업

  화합물반도체 웨이퍼 사업의 2015년 매출 예측은 전년대비 7% 증가한 133억엔을 계획하였다. 상반기(4~9)월의 실적은 전년동기대비 8% 증가한 67억엔으로 하반기도 안정된 추세로 추정된다.

  매출의 약 60% 이상을 점하는 GaAs는 Opto 디바이스용의 도전성과 고주파 디바이스용의 반절연성의 두 가지를 전개한다. 도전성형의 고휘도 LED용이나 적외선 카메라나 Photo coupler용 등에 웨이퍼를 공급한다. 고주파 디바이스용은 최근 SW IC의 실리콘화 흐름에 밀리고 있으나 스마트폰이나 와이파이의 고속, 고주파화-많은 주파수대역 흐름에 따라서 PA에서 GaAs가 우위성을 유지하고 있다.

  2015년도는 고주파 디바이스용이 점차 증가하고 한편으로 LED용은 중국시장의 부진으로 저조하여 전체적으로 미미하게 증가될 예상이다. 중기적으로는 5G 용이나 자동차용 미리파 레이더 등에 기대하고 있는 것 외에 태양전지 등의 신규 시장 개척에도 전력하고 있다.

  InP는 PON, 데이터 센터용, 휴대전화 기지국의 백본망용 등에서 양호한 추세이다.

  GaN은 ① LD  ② LED  ③ 전자 디바이스 3개 분야용으로 전개한다. 2015년도는 LD와 LED 용으로 전년대비 10% 이상의 증가를 보이고 있다. LD용은 2인치, LED용은 4인치를 중심으로 출하하고 있다. 프로젝터나 자동차 램프용 개발 수요도 증가하고 있다. 전자 디바이스용은 연구개발용으로서 제공하고 있다. 화합물반도체 웨이퍼의 생산거점은 일본의 이단제작소와 고베(주전 반도체 재료사) 2개소로 결정성장을 위주로 하고 있다. 웨이퍼 가공 등 후공정은 미국, 대만의 해외 거점을 주로 활용한다. 대만공장(주전국제전자재료공사)에서 가공 능력을 증가시키는 것과 동시에 GaN 에피 공정의 일부 설비를 일본 국내 공장에서 이관하여 비용 절감을 계획하고 있다.


(2) 스미토모 화학: HEMT Epi-Wafer for Antenna SW

  Antenna-Switch용 HEMT 에피 Wafer를 주축으로 사업을 전개하여 일본이나 대만 고객용으로 높은 점유율을 갖고 있다. 그리고 주 용도인 안테나 스위치는 스마트폰용을 중심으로 SOI 등 실리콘계 재료의 전환이 진전되었다.

  이러한 상황을 고려하여 동사는 현재 PA에 사용되는 HBT 에피 웨이퍼 사업 확대에 전력하고 있다. 새로이 향후는 HBT와 HEMT 에피를 조합한 BiFET 에피도 PA분야를 중심으로 수요가 증가할 것으로 예상하고 있기 때문에 HBT와 함께 적극적인 사업 전개를 계획하고 있다. HBT로의 사업 확대가 있어서 2015년의 화합물 웨이퍼 사업은 수량과 금액 다같이 플러스 성장을 달성할 것으로 예상된다.

  또한 HBT 분야에서 주력과 병행하여 동사는 2015년 2월에 히타치금속으로부터 취득한 화합물반도체 웨이퍼 사업을 현재 동사 100% 자회사인 “싸이옥스”에 승계시키고 2015년 4월부터 본격적인 활동을 개시하고 있다. 사업 취득에 따라서 GaAs 에피 사업 규모 확대가 계획된 것 외에 향후의 새로운 주력 사업으로서 기대를 모으고 있는 GaN 웨이퍼 분야에서도 높은 시너지 효과를 기대하고 있다.

  스미토모화학은 현재 나고야공업대학 등과 같이 GaN on Si 개발을 추진하고 있고 자사의 쯔구바 개발연구소에도 에피를 갖추고 있어 양호한 개발 성과를 얻고 있다고 한다.

  한편, 히타치금속도 GaN on Si와 GaN Bulk 웨이퍼의 개발을 하고 있고, GaN 분야에 있어서는 중복 영역이 적은 것이어서, 높은 보완 관계가 기대할 수 있다.
향후, 스미토모화학의 주력 거점인 지바공장에 GaN 에피 웨이퍼 신설 라인을 위한 투자 계획을 구체화 시키고 있다.

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(3) 일본 가이시(NGK) : GaN 웨이퍼 신규업체

  2014년부터 GaN 웨이퍼 개발에 착수하여 2015년에 2인치 샘플을 제공하였다. 일반적인 기상성장법을 채용하고 있는 것이 특징으로 전체면에서 저결함, 높은 투명성을 실현하고 있다. 기상성장법에 의한 웨이퍼의 결함밀도가 일반적으로 장소에 따라서 10의 6~8승대에서 산포가 되고 있는데 반해 동사는 웨이퍼 전체면에 10의 6승대를 실현하였다. 기상성장법에 의한 GaN 웨이퍼 제조 연구개발을 추진하고 있는 기업은 여러 곳이지만, 양산 수준에 도달한 것은 동사가 처음이다.

  그 후, 결정 결함저감을 진전시켜 현재는 전체면에서 10의 4승대를 실현한 소량 샘플 제공을 개시하였다. 향후는 대구경화를 진행시킬 방침으로 수년내에 4인치화를 목표로 하고 있다.

  사용 용도로서는 자동차의 헤드라이트나 프로젝터 등의 고휘도 LED를 상정하고 있다. 그러나 이 시장의 도입이 아직 보이지 않아서 이외에 어플리케이션으로의 전개 가능성도 찾고 있다.

  또한 자립기판 성장기술을 응용한 GaN on 사파이어 웨이퍼에 관해서도 4/6인치 샘플을 제공 중으로 할로겐, 키세논 램프 대체의 고휘도 LED용 등이 필요한 곳을 찾고 있다. 모든 생산은 본사공장에서 하고 있어 2인치 환산으로 월 1000매, 6인치 환산으로 월 300매의 능력을 보유하고 있다. 현재는 생산효율의 개선과 생산비 절감에 주력하고 있다.

  이외에 탄탈산리튬(LiTaO3)과 Si를 접합하여서 적층한 SAW 필터용 복합 웨이퍼의 일부 양산출하를 개시하고 있다. 소목사업소내에 양산거점을 정비하고, 2017년에 월산 3만장의 규모로 한다. 또한 새로이 투광성-알루미늄 세라믹 “하이세람” 웨이퍼의 사업화를 진행하고 있다. 사파이어와 유사한 성질을 갖고 있어 안정된 가격으로 대구경 제조가 가능하다. 사파이어에 없는 성형성을 살린 용도로 전개할 계획으로 2016년 사업화를 목표로 하고 있다.

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(4) 산고반(루미로구 매입)

  LED용 GaN 웨이퍼로 4인치 제품 제공을 본격적으로 개시하고 있다. 이미 해외에서는 GaN on GaN 타입 LED 양산에 채용 실적을 가지고 있어 향후 일본에서도 LED 기업으로의 확대 판매를 할 것 같다.

  동사는 2008년에 프랑스 루미로구사를 매수하여서 GaN 웨이퍼 사업에 참여하였다. 생산거점이 프랑스 남부의 칸느 근교에 있고 HVPE 법으로 ① LED 및 TR용의 GaN on 사파이어 템플레이트(Template), ② LED용 GaN 웨이퍼를 상품화하고 있다. 판매는 전자 디바이스용 및 템플레이트는 일본 하쿠토에서 담당하고 그 외에 것은 반고반 일본법인이 담당한다.

  ②에 관해서는 통상 LED 품질에 더해서 제조방법을 개량하여 품질을 높인 “LEDs”의 판매를 2013년부터 개시한다. 당초에는 2인치 만이였으나 결정 품질 향상을 통해서 결함을 저감하여 2015년부터 4인치도 라인업에 더했다. 이미 해외 고객에게서 GaN on GaN LED용으로 양산채용 실적을 확보하고 있어, 주요 고객에게는 2인치부터 4인치로의 이행이 순차적으로 진행되고 있다고 한다. 수요는 완만한 상승으로 추세되고 있어 2016년 GaN on GaN 웨이퍼의 증대를 도모하고 있다.


(5) Nanowin: 중국 GaN 웨이퍼 업체

  2007년에 설립된 중국 소주대학 벤처기업으로 중국 최초의 GaN 웨이퍼 공급업체이다. 기상성장법으로 결정성장하여 자립기판과 반절연 웨이퍼를 라인업 하고 있다. 또한 GaN on 사파이어, Si 웨이퍼와 HEMT 층을 형성한 사파이어, Si, SiC, 웨이퍼를 제품화 하고 있다. 독자 개발한 결정성장로를 보유하여 Ingot부터 웨이퍼 가공까지 일관 생산체제를 갖추고 있고, 2인치 환산으로 월 1000매의 생산능력을 보유하고 있다. 장기적으로는 년산 5만장 체제를 구축할 계획이다.

  일본에서는 2010년에 본격 판매를 개시하고 Test 가공이나 연구개발을 중심으로 판매를 성장시키고 있다. 자립기판에서는 범용 LD grade와 더해서 품질에서는 열세인 저가격의 LED grade도 제공하고 있다. 결함밀도는 4인치로 10의 4승 이하를 실현하고 소량 판매를 개시하였다. 경쟁사와 비교해서 저가격으로 고품질의 기판을 제공할 수 있는 것이 강점이다. 2/3인치에 더해서 연구개발용으로 A면, M면의 각형 plate도 갖추고 있다. 2017년에는 6인치 실현을 목표로 하고 있고, 결함밀도 저감도 계속 진행하고 있다.

  GaN on 사파이어, Si 웨이퍼는 2/3/4/6인치를 갖추고 있고, 4인치의 GaN on 사파이어가 주력제품이다. 자립기판과 동일하게 기상성장법을 사용하여 결함밀도는 10의 8승대를 실현하고 있다. HEMT 기판은 파지기판에 MOCVD로 GaN, AIN, AIGaN 층을 적층한 것이다. 규격은 2/4인치를 갖추고 있고, 하부기판으로서 사파이어, Si, SiC 웨이퍼를 사용한다.

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