중국이 게르마늄을 비롯한 갈륨 소재의 수출 규제를 발표한 가운데 질화갈륨(GaN) 소재 기반 RF 반도체 시장이 급격히 성장할 것으로 기대된다. 이에 따라 국내 GaN 반도체는 활발한 기술 개발과 탐색이 연구단에서 이뤄지고 있는 반면, 아직은 산업 기반이 갖춰지지 않은 황무지 상태나 다름없어 빠른 시장 선점을 위한 노력이 필요해 보인다.

시장조사기관 마켓앤드마켓의 전세계 RF 질화갈륨 시장 보고서에 따르면 2023년 15억달러로 평가된 RF 질화갈륨 시장이 연평균 12.9%의 성장률을 기록하며 2028년 28억달러에 이를 것으로 전망했다.

이러한 RF GaN 소자의 성장 동력은 기존 실리콘 기반 RF IC 대비 더 작은 면적에 더 높은 전력 밀도 구현이 가능하다는 점이다. GaN은 높은 항복 전압과 전자 이동성, 낮은 스위칭 손실의 이점을 제공해 운영 비용과 환경 피해를 줄일 수 있다.

GaN 기반 소자는 전력반도체 등 전력전자 애플리케이션에 채택이 유망하며, 높은 전력 밀도와 고효율, 고주파 동작 특성 덕분에 효과적인 전력 변환 및 높은 전력 처리 용량이 요구되는 △전력 변환기 △인버터 △모터 드라이브 등에서 활용이 가능하다.

GaN은 같은 화합물 반도체이자 와이드 밴드갭(WBG) 특성을 가진 실리콘카바이드(SiC) 소재와 함께 주목을 받고 있지만 고전압 응용 제품군에서 SiC가 더 선호되고 있으며, 시장 규모 면에서도 SiC가 GaN 대비 더 큰 편이다.

다만 GaN 소자는 통신 애플리케이션에서 고출력 전력증폭기 용도로 활용성이 높아 RF 분야에서 향후 채택이 증가할 전망이다. 특히 위성 통신 분야는 고속의 데이터 전송이 핵심이며, 높은 전력 효율과 대역폭을 제공하는 GaN RF IC 배치가 필수적이라고 할 수 있다.

GaN RF 반도체는 △인피니언 △ST마이크로일렉트로닉스 △울프스피드 △스미토모 △코보 등 해외 업체들이 선도하고 있다. 국내의 경우 웨이비스가 유일하게 GaN 반도체 팹을 보유하고 4-6인치 웨이퍼에서 GaN RF IC를 양산하고 있다.

국내서도 GaN 기술 특허가 증가하고 있는데 ETRI와 KETI 등에서 5G 대역 RF 디바이스에 필요한 전력증폭기 등 부품 및 기술 개발 연구를 GaN 기반으로 진행하고 있다.

최근 국내서도 화합물 반도체 산업 생태계 기반 성장이 활발히 이뤄지고 있다. 삼성전자를 비롯한 SK하이닉스, DB하이텍 등은 8인치 GaN 파운드리를 오는 2025년 양산 개시를 목표로 관련 기술 개발과 투자 설비 구축에 나설 것으로 밝혔다.