일본산업뉴스요약

광전 융합의 차세대 소재 'TFLN'에 진출 러시
무라타제작소는 2028년 제품화 목표

광전 융합을 두고 현재의 실리콘(Si)과 차세대 소재를 둘러싼 경쟁이 계속되고 있다. 개발이 활발히 진행되고 있는 것은 ‘박막 리튬 니오베이트(TFLN)’라는 고속·저전력 신소재다. TFLN의 주도권을 확보하기 위해 스타트업과 전자부품 제조업체들이 잇따라 진출하고 있다.

TFLN은 광전 융합의 핵심 부품으로, 전기 신호를 광 신호로 변환하는 광변조기에 사용되는 소재다. 전압을 가하면 굴절률이 순간적으로 변하는 ‘포켈스 효과’를 이용해 변조한다. Si의 변조 속도에 한계가 드러나면서 산학 양측의 관심이 높아지고 있다.

-- TFLN이 주목받는 이유 --
TFLN을 개발하는 업체들은 통신 레인당 400Gbps라는 차세대 전송 속도에서의 채택을 목표로 하고 있다. 궁극적으로는 현재의 Si 기반 광변조기를 대체하는 것이 목적이다.

고속 변조에서는 얼마나 빠르게 광의 굴절률을 변화시킬 수 있는지가 핵심이다. Si는 전자(캐리어) 농도로 굴절률을 제어하는 ‘플라즈마 분산 효과’를 변조에 이용한다. 이때 전자의 이동과 축적에 시간이 걸린다. Si의 변조 대역이 약 60 GHz 정도로 느린 반면, TFLN은 100 GHz 이상이 일반적이다. 이미 400Gbps/레인의 실증 사례도 많다.

TFLN에도 과제는 있다. 반도체 제조 공정과의 궁합이 좋지 않고, 광변조기의 크기가 커지기 쉽다는 점 때문에 도입을 주저하는 기업도 적지 않다. 그럼에도 불구하고 400Gbps/레인이라는 초고속 전송을 구현하기 쉽기 때문에 급격히 주목받기 시작했다.

-- 관련 논문 투고 급증 --
이러한 배경으로 TFLN에 관한 연구개발도 활발히 진행되고 있다. 세계 최대 규모의 광통신 전시회인 'OFC 2026'(2026년 3월 15~19일, 미국 로스앤젤레스)에서는 관련 논문 제출 수가 15편에 달했다. 2019년에는 한 편도 없었지만, 2024년 이후 10편 이상으로 급증했다.

OFC 2026에는 TFLN 전용 세션도 마련되었다. 주최자는 TFLN의 광변조기 개발을 선도하는 미국 스타트업 HyperLight였다. 통신 반도체 대기업 미국 Broadcom과 통신장비 대기업 미국 Ciena가 무대에 올라 TFLN에 대한 기대와 개발 현황을 소개했다.

TFLN 분야에 진출하는 기업은 최근 몇 년 사이 급격히 늘고 있다. 그동안 TFLN 분야는 HyperLight와, HyperLight와 긴밀히 협업하는 중국 NanoLN의 독무대였다. 웨이퍼(기판) 제조업체, 파운드리, 디바이스 제조업체들이 잇따라 진입하면서 양산 체제도 갖춰져 시장이 점차 확대되고 있다.

공급망 상류에 해당하는 TFLN 기판은 디바이스 제조업체 입장에서 안정적인 공급과 다수의 공급처 확보가 중요하다. 하지만 TFLN 기판의 선택지는 사실상 NanoLN에 한정되었다. TFLN 웨이퍼는 리튬나오베이트(LiNbO3, LN)을 박막화한 뒤에 Si 기판, 석영 기판, 사파이어 기판과 접합해 제작한다. 이 과정에는 이종 소재 집적을 포함한 고도의 가공 기술이 요구되기 때문에 진입장벽이 높았다.

중국 기업의 제조 독점은 디바이스 제조업체와 그 고객에게 공급망 리스크가 된다. 이러한 위험을 회피한 사례가 TFLN 광변조기를 개발하는 TDK다. 사파이어 기판에 스퍼터링 공정으로 TFLN 박막을 형성하는 기술을 확립해 외부에서 TFLN 복합 웨이퍼를 조달하지 않아도 되는 체계를 구축했다.

다만 이러한 기술을 확보할 수 있는 기업은 일부에 불과하다. 이에 따라 새로운 TFLN 기판 제조업체를 원하는 시장의 요구가 커졌고, 2026년에 TFLN 기판 사업 진출을 발표한 기업이 2곳 등장했다. 소재 업체 NGK(구 일본가이시)와 영국의 G&H다. 두 회사 모두 시장 수요 확대를 배경으로 OFC 2026 개최 시기에 맞춰 발표했다.

NGK는 OFC 2026에서 TFLN의 이종 소재 집적형 웨이퍼 개발품을 전시했다. 기존에는 100~150mm(4~6인치) 직경이 주류였던 TFLN 웨이퍼에서, 대형 200mm(8인치) 개발품을 최초로 공개했다.

G&H는 2026년 2월, 미국 내에서 TFLN 기판 생산 체계 구축을 발표했다. 방위산업 용도를 주축으로 삼고 있다. 미국 공군연구소의 지원 아래, 항공방산 대기업 RTX(구 Raytheon Technologies)와 공동으로 국산화에 나서고 있다. 2026년 상반기에 생산을 시작할 계획이다.

TFLN의 파운드리 신설도 진행 중이다. 미국 Quantum Computing, 스위스 CCRAFT, 스위스 Lightium이 대표적이다. 광전 융합 파운드리 분야를 선도하는 TSMC는 현재 Si 기반 제조를 중심으로 하고 있다. TSMC가 아직 진출하지 않은 시장을 노린다.

-- 무라타제작소는 설계부터 양산까지 담당 --
TFLN 광변조기 디바이스 제조업체 중에서는 무라타제작소가 새롭게 진출한다. 2028년 제품화를 목표로 한다. 그동안 축적해 온 LN 기반 RF(고주파) 필터 등의 노하우를 활용해 설계부터 개발, 양산까지 자체적으로 빠르게 수행할 수 있다는 점을 강점으로 내세운다.

무라타제작소의 광/반도체 대비 프로젝트과의 무라세(村瀬) 시니어 매니저는 “광변조기 제조에 파운드리가 아닌 자사 공장을 활용할 수 있는 것이 강점 중 하나다. 일관된 체계로 신속하게 제작할 수 있는 점이 타사와 비교했을 때 강점이다”라고 설명했다. 이는 회사가 보유한 기존 생산 라인을 활용할 수 있다는 의미다. 광변조기 제조업체가 자체 공장을 보유하고 있는 곳은 아직 많지 않다.

광변조기의 대형화 문제에 대해서도 대책을 마련한다. TFLN이라면 광변조기를 탑재한 광엔진의 다른 부품을 소형화할 수 있다고 한다. 예를 들면, 변조에 필요한 전압을 높이는 역할을 하는 드라이버 IC를 소형화한다. TFLN은 본래 구동 전압이 낮기 때문에 드라이버 IC의 기능을 축소해 작게 만들 수 있다고 한다.

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