日 기업, 전기차 주행거리 대폭 향상 목표로 전력반도체 생산에 박차

최근 일본 전력반도체 업계에 따르면, 스미토모화학, 미쓰비시화학 등 기업들은 전기차(EV) 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 질화갈륨(GaN) 전력반도체 부품 대량 생산에 나섰다고 밝혔다.

GaN 기판 대형화를 통해 생산 비용을 낮추고, 차세대 전력반도체 시장에서 주도권을 잡겠다는 전략이다.
전력반도체는 전기 흐름을 제어하는 부품으로, EV, 스마트폰, 가전제품 등에 널리 사용된다. GaN 전력반도체는 기존 실리콘(Si) 반도체보다 전력 손실이 적고 효율이 높아 EV 배터리 충전 시간을 단축하고 주행거리를 늘릴 수 있다.

현재 EV용 차세대 전력반도체 시장은 실리콘 카바이드(SiC) 소재가 주도하고 있지만, GaN 전력반도체는 SiC보다 전력 손실이 훨씬 적어 EV 충전 시간을 획기적으로 단축할 수 있다는 장점이 있다. SiC 기반 EV는 충전 시간이 20분 정도지만, GaN을 사용하면 5분까지 단축 가능하다.

GaN 전력반도체의 대중화를 위해서는 생산 비용 절감이 관건이다. 일본 기업들은 GaN 기판 대형화를 통해 생산 비용을 낮추는 데 주력하고 있다.

GaN 전력반도체는 전류 흐름 방향에 따라 수평 구조와 수직 구조로 나뉜다. 수평 구조는 낮은 비용으로 생산이 가능하지만, 고전압·고전류 처리에는 적합하지 않다. 반면 수직 구조는 고전압·고전류 처리에 유리하지만 기판 대형화가 어렵고 비용이 높다는 단점이 있다.

일본 기업들은 수직 구조 GaN 전력반도체 개발에도 적극적으로 나서고 있다. 토요타 고세이는 씨드 크리스털에서 기판, 소자까지 일괄 생산 체제를 구축하고 있으며, 신에츠 화학은 질화알루미늄 기판을 활용한 GaN 결정 성장 기술을 개발하고 있다.

시장조사기관 옴디아에 따르면, GaN 전력반도체 시장 규모는 2030년 23억 달러를 넘어설 것으로 예상된다. 일본 기업들은 GaN 기판 대형화, 수직 구조 소자 개발 등을 통해 차세대 전력반도체 시장을 선점하고 EV 시장 성장을 주도할 것으로 기대된다.

일본 기업들이 전기차(EV)용 질화갈륨(GaN) 전력반도체 부품 대량 생산에 나서면서, 세계 전력반도체 시장 경쟁이 더욱 치열해질 전망이다. GaN 전력반도체는 실리콘 카바이드(SiC)보다 전력 손실이 훨씬 적어 EV 충전 시간을 획기적으로 단축할 수 있어 차세대 전력반도체 시장의 '게임 체인저'로 주목받고 있다.

GaN 전력반도체 상용화의 가장 큰 걸림돌은 높은 가격이다. 일본 기업들은 GaN 기판 대형화를 통해 생산 비용을 낮추고 가격 경쟁력을 확보하는 데 주력하고 있다. 스미토모화학, 미쓰비시화학 등은 2028년까지 150mm GaN 기판 양산을 목표로 하고 있다.

일본의 GaN 전력반도체 기술 투자는 한국 반도체 산업에도 중요한 시사점을 제공한다. 한국도 GaN 소재·부품·장비 경쟁력 강화, 수직 구조 소자 개발 등 차세대 전력반도체 기술 확보에 주력해야 한다.

GaN 전력반도체 생산에 필요한 소재, 부품, 장비의 국산화율을 높여 안정적인 공급망을 구축하고, 고전압·고전류 처리에 유리한 수직 구조 GaN 전력반도체 개발에 적극적으로 투자해야 한다.

또한, GaN 전력반도체 기술 경쟁력 강화를 위해 산업계, 학계, 연구기관 간 협력을 강화하는 한편, GaN 전력반도체 산업 육성을 위한 정부의 정책적·재정적 지원을 확대해야 할 것이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com