파워큐브세미, 산화갈륨 반도체 수율 80% 확보…3,000V급 전력반도체 양산 기반 마련

파워큐브세미 산화갈륨 양산 Fab의 포토룸

차세대 전력반도체 전문기업 파워큐브세미가 산화갈륨(Ga₂O₃) 반도체 전용 양산 공정라인의 수율을 80%까지 끌어올렸다고 밝혔다. 지난해 8월 경기도 성남시 상대원동에 산화갈륨 전용 양산 공정라인을 구축한 이후 공정 조건 최적화와 장비 안정화, 제조공정 개선을 지속한 결과다.

산화갈륨 전력반도체의 양산 과정에서 수율은 제품의 생산성과 원가 경쟁력을 좌우하는 핵심 지표다. 파워큐브세미는 이번 수율 확보를 계기로 산화갈륨 전력반도체의 본격적인 제품 양산을 위한 제조 기반을 마련했다는 입장이다.

파워큐브세미는 2025년 8월 성남시 상대원동에 글로벌 최초의 산화갈륨 전용 양산 공정라인을 구축했다.

산화갈륨은 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN) 등을 잇는 차세대 전력반도체 소재로 주목받고 있다. 특히 SiC와 GaN보다 넓은 밴드갭을 갖는 울트라 와이드 밴드갭(Ultra-Wide Bandgap) 반도체라는 점이 특징이다.

전력반도체는 전력을 변환하거나 제어하는 과정에서 전력 손실을 줄이는 역할을 한다. 전기차, 산업용 전력변환장치, 신재생에너지 발전설비 등 고효율 전력변환이 필요한 분야에서 핵심 부품으로 활용된다.

산화갈륨은 넓은 밴드갭 특성을 기반으로 고전압·고전력 환경에서 활용 가능성이 거론되고 있다. 특히 파워큐브세미는 산화갈륨이 기존 화합물 반도체와 다른 소재 성장 특성을 갖고 있다는 점에 주목하고 있다.

산화갈륨의 또 다른 특징은 소재 성장 과정에 있다. 기존 화합물 반도체 소재 가운데 일부는 고품질 대면적 웨이퍼를 만드는 과정에서 높은 비용과 기술적 난도가 발생한다. 반면 산화갈륨은 용융상 성장법(Melt-Growth Method)을 활용해 용액 상태에서 고품질의 대면적 웨이퍼를 제조하기 상대적으로 용이한 소재로 평가된다.

대면적 웨이퍼 제조가 가능해지면 동일한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 소자의 수를 늘릴 수 있어 전력반도체 제조원가를 낮추는 데 도움이 될 수 있다.

다만 소재 자체의 장점만으로 상용화가 결정되는 것은 아니다. 실제 시장에서는 웨이퍼 품질, 소자 성능, 수율, 신뢰성, 생산단가, 고객 인증 등 여러 조건을 충족해야 한다. 산화갈륨이 SiC와 GaN을 비롯한 기존 전력반도체 시장에서 어느 수준의 경쟁력을 확보할 수 있을지는 실제 제품 양산과 고객 적용 과정에서 확인될 전망이다.

파워큐브세미는 확보한 양산 공정 기술을 기반으로 올해 말 3,000V급 산화갈륨 전력반도체 시제품을 출시할 계획이다.

이후 2027년부터 고전압 전력변환 시장을 중심으로 사업화를 본격화한다는 전략이다. 특히 SiC와 GaN이 대응하기 어려운 고전압 영역을 주요 시장으로 설정하고 제품 개발과 사업화를 추진할 예정이다.

고전압 전력변환 시장은 전기차 충전 인프라, 산업용 전력장치, 전력망, 신재생에너지 등 다양한 산업과 연결될 수 있는 분야다. 다만 파워큐브세미가 구체적으로 어떤 제품군과 고객사를 대상으로 사업을 확대할지, 실제 양산 제품의 성능과 가격 경쟁력이 어느 수준까지 확보될지는 향후 사업 과정에서 확인할 필요가 있다.

이번 수율 80% 확보 역시 양산 경쟁력을 보여주는 중요한 제조 지표지만, 수율 자체가 상용 제품의 성능이나 시장 경쟁력을 모두 의미하는 것은 아니다. 시제품 출시 이후 실제 전기적 특성, 장기 신뢰성, 생산 규모 확대에 따른 수율 유지 여부 등이 차세대 전력반도체 시장에서의 경쟁력을 가르는 요소가 될 것으로 보인다.

경신수 파워큐브세미 CTO는 “이번 수율 확보를 통해 산화갈륨 상용화를 위한 핵심 제조기술을 확보했으며, 향후 공정 고도화와 제품 포트폴리오 확대를 지속 추진해 차세대 전력반도체 시장에서 경쟁력을 강화해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

산화갈륨은 아직 SiC와 GaN에 비해 상용화와 시장 적용 측면에서 후발주자에 해당한다. 파워큐브세미가 전용 양산라인을 기반으로 수율을 80%까지 확보한 만큼 향후 과제는 안정적인 생산체계 구축과 제품 성능 검증, 고객 적용 확대가 될 것으로 보인다.

연말 예정된 3,000V급 시제품 출시가 계획대로 진행될 경우 산화갈륨 전력반도체의 실제 제품 경쟁력을 확인할 수 있는 첫 번째 주요 단계가 될 전망이다. 2027년부터 추진할 고전압 전력변환 시장 사업화 역시 소재와 공정 기술의 장점을 실제 매출과 고객 채택으로 연결할 수 있을지가 핵심 과제로 남는다.