IBK투자증권은 4월 13일 발표한 ‘전기차 보급 확대를 기다리는 화합물 반도체’와 7월 27일 발표한 ‘전환의 시대 화합물 반도체’등 두 번에 걸친 화합물 반도체에 대한 보고서를 통해 국내 기술 개발 현황과 주요 기업을 소개하고 있다. IBK투자증권은 “글로벌 자동차 반도체 전문 기업들과 전력반도체 전문 업체들은 이미 8인치 웨이퍼 상용화 단계에 돌입했지만 국내 기업들은 이제 4인치 웨이퍼 상용화를 끝내고 6인치에 도전하고 있어 아직 글로벌 리딩 기업과의 기술 격차가 존재한다”고 진단했다. 하지만 “ 향후 가장 빠르게 성장할 것으로 예상되는 전기차 시장과 RF시장 내 부가가치 확보를 위해 화합물 반도체 시장 진출은 필수적”이라고 분석했다.

화합물 반도체의 해외 시장은 솔라셀 소재, LED소재, 전자/전력 소재 순으로 규모가 크다. 반면 국내 시장은 전자/전력 소재, 솔라셀 소재, LED소재 순으로 규모가 크다. 화합물 전력 반도체 중에서도 GaN과 SiC를 활용한 시장이 빠르게 성장하고 있다. 화합물 반도체는 기능적 측면에서 Si 전력반도체 보다 월등히 우수하지만 제작 원가가 높아 원가를 낮출수 있는 기술 개발이 필요하다. 글로벌 리딩 기업들은 6인치, 8인치 화합물 반도체 생산능력 확보를 위해 기술 개발 중이며 국내는 현재 4인치 수준에 도달해 있다.

우리 정부는 메모리에 편중된 현 반도체 산업 구조를 다원화 하기 위해 파운더리 비즈니스 비메모리 반도체 설계 기술 까지 고도화해 글로벌 반도체 패권을 전반적으로 확대 시키려는 노력중이다. 특히 정부는 차세대 전력 반도체로 꼽히는 화합물 반도체를 중심으로 대규모 전력 반도체 연구 개발을 추진 중이다. 산업 통상자원부를 중심으로 5년간 2,000억원을 투입해 차세대 전력 반도체 산업 육성 계획을 수립중이다. 

부산은 기장군 방사선의학산업단지 일대를 전력 반도체 산업 중심지로 개발중 (연구개발 시제품, 제작 신뢰성 분석 플랫폼을 구축) 파워 반도체 상용화 센터 역할을 하고 있다. 부산테크노파크는 파워반도체 상용화 센터를 구축해 운영하고 있으며 국내 전력반도체 클러스터로 SiC 파워 반도체 신뢰성 평가 및 위탁생산(파운더리) 시설을 운영중이다.

주요 기업들의 동향을 살펴보면 현대 자동차 또한 SiC전력반도체를 직접 설계해 파운드리를 맡길 계획을 보유중이다. 최근 공개한 아이오닉5에 탑재된 인버터 파워모듈은 인피니언이 개발한 제품을 사용했지만 향후 독자 개발한 SiC 반도체가 들어간 전력 모듈 출시할 것으로 전망된다. 현대자동차 그룹은 현 현대오토에버 구 현대오트론을 통해 SiC전력 반도체 개발 연구를 2016년 부터 진행해 왔으며 그룹의 이러한 프로젝트는 현대 모비스 전력변환 설계팀과 현대차 남양 연구소 전력 변환 설계팀도 참여해 진행된 것으로 확인된다. 현대차는 도요타의 반도체 기술 직접 개발 전략을 빠르게 습득하고 있다.  

IBK투자증권은 SK실트론에 초첨을 맞췄다. 무엇보다도 국내에서 유일하게 화합물 반도체 제작용 웨이퍼 생산이 가능한 기업이기 때문이다. SK실트론은 지난 7월 15일 미국 미시간주 공장과(듀폰으로부터 5,400억원에 인수) 관련된 인력 150명을 충원하겠다고 발표했다. 투자 금액은 3년간 3억달러(약 3,400억원)를 투입할 예정이다. 이번 투자가 완료되면 동사가 보유한 SiC 웨이퍼 생산능력은 현재보다 6배 증가할 것으로 전망된다.

IBK투자증권은 끝으로 ETRI와 KERI의 기술 개발 성과를 특별하게 조명했다. 우선 ETRI는 GaN 단결정 기판을 이용한 800V급 수직형 전력 반도체 핵심기술을 개발했다. 이번에 개발한 800V 수직형 GaN 전력반도체는 아직 신뢰도 테스트와 필드 테스트가 필요하지만 의미가 크다. 기존의 GaN 전력 반도체는 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 다이아몬드와 같은 이종 반도체 기판을 사용할 수밖에 없어 결합밀도가 높아 저전압 영역에서 주로 활용됐다. 금번 개발에 성공한 수직형 기술의 경우 GaN 단결정 기판을 이용함으로써 결함밀도를 줄일 수 있어 기존 보다 높은 전압에서 사용 가능하다.

KERI(한국전기연구원)이 SiC 트렌치 구조 기술을 국산화한 것도 의미 깊다. SiC 트렌치 구조는 전력반도체 생산량을 증가시킬 수 있지만 안정적 동작 및 내구성 확보를 위해 확보해야 할 난제가 많다. 전세계적으로 일본과 독일만 양산에 성공한 기술로 진입장벽 높다.

IBK증권은 “SiC트렌치 모스펫은 수년내 SiC 시장내 주역이 될 것으로 전망되며 KERI가 이 기술을 국산화하며 SiC 전력반도체 생태계의 사업성이 점차 무르익고 있다”고 진단했다. 또한 “KERI는 트렌치 구조 SiC전력 반도체 모스펫 제조 원천기술과 상용화를 위한 측정, 분석 기술을 예스파워테크닉스에 이전 했다”며 “기술이전으로만 끝나지 않고 장비구매부터 양산화 라인 구축까지 프로세스를 지원하고 있어 SiC 전력 반도체 국산화및 양산 시스템 구축을 적극 지원하고 있다”고 소개했다.