[일본] 신에츠화학공업, 전력 소자 구현을 위한 QST® 기판 사업 추진에 박차

사회 문제 해결 기여에 목표

신에츠화학공업(본사: 도쿄, 사장: 사이토 야스히코(Yasuhiko Saitoh))은 성능 및 에너지 효율이 높은 GaN(질화 갈륨) 전력 소자를 사회적으로 구현하는데 QST®(Qromis Substrate Technology, 큐로미스 기판 기술) 기판*1이 필수적인 소재라 판단하고 이러한 제품의 개발에 박차를 가하며 시장 출시를 서두르고 있다.

GaN과 동일한 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 갖도록 설계된 QST® 기판은 GaN 에피텍셜 층의 휨 현상과 크랙 생성을 억제해, 결과적으로 직경이 크고 품질이 좋은 두꺼운 GaN 에피택셜 성장을 가능하게 한다. 이러한 특성을 살린다면 마이크로LED 디스플레이용 마이크로LED 성장과 같은 분야뿐 아니라 최근 급속도로 발전하고 있는 전력 소자, RF 소자(5G 및 5G 이상)에도 적용될 것으로 기대된다.

신에츠화학은 QST® 기판 판매 외에도 고객의 요청에 따라 GaN 성장 QST® 기판을 판매할 예정이다. 현재 6인치와 8인치 직경의 기판 라인업을 갖추고 있으며, 직경이 12인치인 기판도 개발 중이다. 2021년부터 일본 및 전 세계 수많은 고객을 대상으로 전력 소자, RF 소자, LED의 각 애플리케이션에 대한 샘플 평가를 진행해 소자를 개발하고 있다. 특히 전력 소자의 경우, 650V에서 1800V에 이르는 범위에서 소자 평가를 지속하고 있다.

지금까지 신에츠화학은 QST® 기판을 개선하고자 여러 차례 시도해 왔다. 한 가지 예로, 접합 공정에서 발생하는 결함을 크게 줄여 고품질의 QST® 기판 공급이 가능하게 됐다. 또 많은 고객이 요청해 온 후막 GaN에 대해 최적화된 버퍼층을 갖춘 템플릿 기판 공급을 추진한 결과, 10μm 이상 두께의 안정적인 에피택셜 성장을 실현했다. 뿐만 아니라, QST® 기판을 사용해 후막 GaN 성장이 20μm를 초과하게 됐고, 전력 장치에서 1800V의 항복 전압*2 을 달성하는 등 여러 성공적인 결과가 창출 및 보고되었다.

게다가 신에츠화학과 오키 전기공업(Oki Electric Industry Co., Ltd)은 크리스털 필름 본딩(CFB)*3  기술을 공동 사용해 QST® 기판에서 GaN을 박리하고 다른 재료로 만들어진 기판에 접합하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 지금까지 GaN 전력 소자 대부분은 측면 소자였지만, CFB 기술은 QST® 기판 특성의 활용으로 절연 QST® 기판에서 고품질 GaN의 두꺼운 층을 박리해 대전류를 제어하는 수직형 전력 소자를 구현했다. 신에츠화학은 GaN 소자를 제조하는 고객에게 QST® 기판 또는 GaN 성장 QST® 기판을, 오키 전기공업은 파트너 또는 라이선스를 통해 CFB 기술을 제공할 예정이다. 두 회사는 이와 같은 방식으로 수직형 전력 소자의 발전에 기여하고자 한다.

신에츠화학은 이러한 개발 성과 및 고객의 사업 현황 문의를 토대로 고객의 요구를 충족시키기 위해 생산량을 꾸준히 늘릴 계획이라고 밝혔다.

이를 통해 미래 사회에 꼭 필요한 특성을 지닌 GaN 소자가 사회적으로 활용되도록 더욱 힘을 보태어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 지속 가능한 사회를 실현하는 데 이바지하고자 한다.

신에츠화학은 2023년 9월 6일부터 8일까지 대만에서 개최되는 SEMICON 대만(SEMICON Taiwan)에서 이러한 제품의 개발 진행 상황을 발표할 예정이다.

*1: QST® 기판은 크로미스(Qromis, Inc.)(본사: 캘리포니아 산타클라라(Santa Clara, California), 최고경영자 셈 바세리(Cem Basceri))가 GaN 성장 전용으로 개발한 복합 소재 기판으로, 2019년 신에츠화학에 라이선스가 부여됐다. QST®는 미국 주식회사 크로미스가 소유한 등록상표이다(등록 번호 5277631).

*2: 다음 imec 발표(2021년 4월) 참조.https://www.imec-int.com/en/press/imec-and-aixtron-demonstrate-200-mm-gan-epitaxy-aix-g5-c-1200v-applications-breakdown-excess

*3: CFB 기술은 기판에서 GaN 에피텍셜 층을 박리하는 기술로, 오키 전기공업의 등록상표임.

웹사이트: http://www.shinetsu.co.jp