일본산업뉴스요약

질화갈륨(GaN) 파워반도체 개발 서두른다
토요다합성, 2021년에 시장 진출 계획

토요다합성은 전력변환 및 입출력 제어에 사용하는 질화갈륨(GaN) 파워반도체의 개발을 서두르고 있다. 기판에 대해 수직방향으로 전기를 보내는 구조를 채용해 칩 하나의 전류가 50암페어 이상으로 세계 최고 수준의 대전류화를 실현했다. 파워반도체는 에너지의 유효활용의 관점에서 차세대 사회 인프라 구축에 필수적이다. 전기차(EV) 및 송전 시스템, 산업기기용 등 넓은 수요를 전망해 2021년 정도의 양산화를 목표로 한다.

GaN은 청색 발광 다이오드(LED)의 재료로 알려져 있다. 토요다합성은 1980년대부터 청색 LED의 개발에 착수해 후에 노벨물리학상을 수상하는 아카사키(赤崎) 메이죠대학 교수와 함께 실용화 연구를 추진해왔다. LED에서 기른 GaN의 결정화 노하우 등을 활용해 고출력과 고주파를 양립하는 반도체 디바이스를 개발 중이다.

실리콘을 대체하는 차세대 파워반도체의 시장을 둘러싸고는 탄화규소(SiC)가 실용화에서 선행한다. 예를 들어 JR도카이가 2020년도에 도입 예정인 신형 차량 ‘N700S’에는 바닥의 구동 시스템에 SiC 소자가 채용되어 구동 모터의 소형화로 1열량 당 약 140kg의 경량화로 연결 될 전망이다. 이외에 기판에 대해 수평으로 전기를 흘려 보내는 ‘횡형’ GaN 반도체의 실용화 연구도 추진되고 있어 토요다합성에는 “뒤를 쫓는 형국으로는 이길 수 없다.”(간부)며 위기감이 있었다.

그렇나 상황에서 토요다합성이 채용한 것이 기판에 대해 수직방향으로 전기를 흘려 보내는 ‘종형’ 구조다. 종형은 칩 전체에 전기를 보낼 수 있다. 대전류화가 가능해져 파워 디바이스의 소형화로 연결된다. 구조 비용 등의 과제는 있지만 무선 충전이라는 새로운 반도체 디바이스 시장을 개척할 수 있다고 본다.

토요다합성은 올 봄 종형 GaN 시제품을 출품한 결과 반도체 디바이스 업체 및 자동차 전장 부품 업체 등으로부터 문의가 있었다. 하시모토(橋本) 사장은 “전력 시스템 전체의 효율화로 연결할 수 있기에 디바이스 업체 등과의 협업을 추진하고 싶다.”며 타사와 연계하여 실용화하려는 생각을 보인다. 2021년을 기준으로 4인치 크기로 진출할 계획이다.

-- 나고야대학도 실험시설 --
GaN을 활용한 디바이스의 연구에는 나고야대학도 적극적으로 추진한다. 7월에는 캠퍼스에 ‘에너지 전환 일렉트로닉스 실험 시설’을 설치했다. 이 시설을 중심으로 GaN의 연구 및 실용화를 추진한다.

토요다합성은 나고야대학 등이 만드는 산학 컨소시엄에도 참가하고 있어 GaN 파워반도체를 차세대 성장사업 중심 축의 하나로 정의하고 있다.

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