초록 ▼

□ 신청과제의 내용
신청기술은 최근 각광받고 있는 LED나 LD에 사용되는 GaN 반도체 기판제조에 관한 것이다. 신청기술의 핵심은 기존 HVPE법에 의한 free-standing GaN 기판 제조하는 경우 사파이어 출발기판에 의한 문제점을 해결하기 위하여, 사파이어 기판대신에 SiC 박막이 성장된 Si기판을 사용하여 GaN 후막을 성장시킨 다음, Si 기판을 반응기에서 에칭하여 제거하는 새로운 기술이다.
신청기술로 결함밀도가 4x10⁶/㎠ 정도로 적으면서, 대구경이고 곡률반경이 큰 GaN 기판 성장이

□ 신청과제의 내용
신청기술은 최근 각광받고 있는 LED나 LD에 사용되는 GaN 반도체 기판제조에 관한 것이다. 신청기술의 핵심은 기존 HVPE법에 의한 free-standing GaN 기판 제조하는 경우 사파이어 출발기판에 의한 문제점을 해결하기 위하여, 사파이어 기판대신에 SiC 박막이 성장된 Si기판을 사용하여 GaN 후막을 성장시킨 다음, Si 기판을 반응기에서 에칭하여 제거하는 새로운 기술이다.
신청기술로 결함밀도가 4x10⁶/㎠ 정도로 적으면서, 대구경이고 곡률반경이 큰 GaN 기판 성장이 가능하며 그로 인하여 저가격화의 달성이 가능해질 것으로 기대되며, 이로 인하여 국내 조명산업은 물론 자동차산업이나 가전산업등에서 큰 수입대체 효과가 얻어질 것이고 향후 수출에까지 이를 수 있을 것으로 판단된다.
□ 평가결과
1. 기술분석 및 기술성 평가결과
신청기술은 HVPE법으로 성장시킨 GaN 단결정으로부터 GaN 기판을 제조하는 기술로 기존의 사파이어 기판에 의해 성장시킨 GaN 단결정의 문제점을 해결하기 위하여 사파이어 기판대신 SiC 박막이 성장된 Si 기판을 사용하여 GaN 단결정 후막을 성장시킨 다음 Si 기판을 GaN 단결정을 성장시키는 반응기 내에서 에칭하여 제거하는 새로운 기술이다.
조명용 LED 및 전자소자 등 관련 산업의 활성화로 GaN 웨이퍼 수요는 증대되고 있으나 현재 제품 대부분이 수입 제품이므로 우리나라에 시급히 도입되어야 할 기술로 평가된다. 따라서 신청기술은 최근의 기술 및 산업동향과 부합되는 기술이자 해당기술 또는 산업분야에서 우위를 보일 수 있는 기술로, 기술 수준은 높은 것으로 판단된다.
비록 기존 선행특허나 문헌이 존재하여 산업재산권의 범위가 넓지는 않아서 독창성에서 최고는 아니지만, 동 기술이 최신 기술로 발전 방향의 선상에 있고, 선행특허기술들과 차별화를 위한 연구개발이 필요하다고 판단된다. 제품의 상용화 가능성이 높으며, 기술수준은 전반적으로 높은 수준이다. 그리고 GaN 기판 제조기술은 대략 성장기 초기 단계로 판단된다.
2. 기술개발 전략
기술확보전략 측면에서 기술계통도와 평가지표를 통해 12개 세부요소기술중 ① HVPE 성장 및 장치기술(단결정 성장 및 장치기술) ② 화학적 에칭기술(이종기판 분리기술) ③ Laser lift off 기술(이종기판 분리기술) ④ 사파이어 사용기술(이종기판 사용기술) ⑤ Si 사용기술(이종기판 사용기술)을 핵심요소기술로 선정하였다.
기술소싱전략 측면에서 기술매력도와 내부기술역량을 중심으로 핵심요소기술을 평가한 결과, HVPE 성장 및 장치기술(T1), 화학적 에칭기술(T2), Laser lift off 기술(T3), 사파이어 사용기술(T4), Si 사용기술(T5) 5개 기술 모두 내부개발을 통하여 기술역량을 지속적으로 확대해 나가는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
개발인프라 구축전략 측면에서 단결정 성장기술 및 이종기판 분리기술은 반응설비의 장치 내에서, 이종기판 사용기술은 장치 밖에서 이루어지는 공정이므로 인력구성은 개발팀을 두 개의 팀으로 나누어 구성하고 운영하는 것이 바람직하다. 또한 GaN 기판의 가공과 물성을 분석하고 최종 제품의 검사를 담당하는 품질조직을 별도로 구성하여 운영하는 것이 필요하다. 그리고 생산 프로세스별 필요설비와 지적자산 확보 전략이 제시되었으며, 마지막으로 주요 기술개발을 위한 상세 일정, 추진체계 및 소요자원계획이 상세히 제시되었다.
3. 시장분석 및 경제성평가 결과
본 신청기술은 HVPE법을 이용해서 직경 4“ free-standing GaN on Si 기판제조 기술 및 제품으로 반도체 재료산업에 속하고, 청색 LD용, 고출력 LED용 그리고 전자소자용 기판 소재에 활용되어 반도체 소자 업체에 기판 형태로 제공되게 된다. 이에 따라, 동 제품의 후방 산업은 GaN 기판의 원재료가 되는 질화물, 공정가스 등의 무기소재 및 화학산업으로, 전방 산업은 LED 조명, 전기자동차, 파워 전력소자 등의 반도체 소자 산업이라 할 수 있다.
동 기술이 성공적으로 상업화될 경우 반도체 소재의 국산화를 통해 free-standing GaN 기판 제품이 개발될 것으로 보이며, 현재 전량 수입에 의존하고 있는 GaN 기판의 수입 대체 효과가 발생하여 국내 반도체 재료 산업의 발전에 기여할 것으로 판단된다.
최근 친환경적이고 에너지 저감 정책 고효율 제품 선호하게 되는 사회적, 경제적인 경향과 LED시장, 전기자동차, 고출력 전자소자 등 관련 시장에 대한 관심이 높아지고 국가경제 성장과 산업차원 등에서 새로운 기회요인을 제공할 수있어 시장 확대가 기대되는 분야이다.
국내 GaN 기판 제조 관련 기술수준은 선진국 대비 미흡하나, 아직 도입초기에 있어, 선제적 기술확보 등을 통해 선진국과 경쟁이 가능한 분야로 정부차원에서 반도체 재료 산업에 대한 산업 육성 및 지원 정책을 마련하여 적극 추진하고 있는 점도 발전 전망을 밝게 하고 있다.
국내 분석 대상 기술인 free-standing GaN 기판을 개발하거나 상용화된 제품은 없고, 전량 수입에 의존해온 것이 현실이다.
따라서 향후 요구조건 변화에 대응한 새로운 기술의 GaN 기판 제품들이 개발 또는 출시될 수 있고, 시장 주도권을 둘러싼 글로벌 업체들의 경쟁이 치열해질 수도 있다.
평가대상기술이 속한 시장은 성장기 초기로, 2013년 YOLE Development의 보고서에 따르면, GaN 기판의 세계 시장은 2013년 790억 원에서 20.3% 성장하여 2014년도에는 950억 원 규모에 이르고, LED용은 전년대비 53.8% 증가하여 2014년에 400억 원에 이르렀으며 LD용은 LED용 보다 현저히 낮은 성장률3.8%로 2014년 550억 원 규모로 나타났다.
2014년 기준 GaN 기판 시장은 일본 기업인 Sumitomo Electric, Hitachi Metals, Mistubishi Chemical에 의해 주도되고 있고, 유럽의 Ammono, Saint Gobain, 미국의 Kyma가 소량 생산하고 있으며 중국의 몇몇 기업들이 새롭게 시장에 진입하고 있는 상황이다.
세계 GaN 기판 시장은 GaN 기판, LED 소자 시장의 수요 증가로 높은 성장세를 보이며 확대될 것으로 예상된다.
이러한 추세에 따라 본 분석대상인 GaN 기판의 세계 시장은 2013년 YOLE Development의 보고서에 따르면, 2014년 약 95백만 달러에서 연평균 16.8%씩 성장하여 2019년도에는 약 177백만 달러 규모로 확대될 전망이다. 또한 GaN 기판의 국내 시장은 2014년 105억 원에서 연평균 17.5% 성장하여 2019년 200억원 원의 규모로 확대될 것으로 예측되므로, 평가대상기술의 시장성은 그리 높지 않고, 시장 범위는 비교적 넓다고 할 수는 없다.
평가대상기술의 수익성을 살펴보면, 개발완료 후 향후 5년간의 주요 수익성 분석 지표는 다음과 같이 산출되며, NPV, ROI, IRR이 기준값을 상회하고 있어 수익성이 양호한 것으로 분석된다.

수익성 분석 지표 추정치 설 명
NPV 11억 원 0보다 크므로 수익성 있음.
ROI 265% 100보다 크므로 수익성 있음.
IRR 14.72% NPV 산정시 할인율인 13.10%보다 크므로 수익성 있음.

평가대상기술을 사업화하는 경우 2017년부터 2021년에 걸쳐 총 생산유발효과는 약 5조 427천억 원, 부가가치유발효과는 521억 원으로, 경제적 파급효과는 반도체 관련 서비스를 기준으로 보통 수준으로 평가된다.
4. 사업화 전략
동사가 개발하고자 하는 free-standing GaN 기판 제조 기술 및 제품은 국내 소규모로 연구소 및 대학에 납품하는 업체는 존재하지만 상용화하고 있는 업체는 존재하지 않은 것으로 조사되었다.
반면 해외에는 현재 일본과 유럽에 의하여 대부분 생산되고 있으며 중국의 몇몇 기업들이 새롭게 시장에 진입하고 있는 상황이다.
현재 국내시장의 제품 및 기술 부재는 경쟁력 강화로 작용할 가능성이 높지만 산업 특성 상 국내 경쟁 업체가 나타날 가능성이 충분히 있어 동사 경쟁력이 약화될 가능성이 있을 것으로 사료된다.
이에 따라 자원확보, 수요처 발굴 및 마케팅에 치밀한 전략을 수립할 필요가 있다. 특히, 과제 종료 후 성공적인 시장 진출 및 원활한 제품의 판매를 위해서는 시장 개발 단계, 시장 성숙 단계, 안정 성장 단계 등 각 사업화 단계 및 해당시장의 특징을 고려한 판매 전략의 수립이 필요할 것으로 판단된다.
한편, 사업화 성공을 위해서는 자금운용 방안이 무엇보다도 중요한데, 현재진행 중인 사업을 통한 수익과 본 과제를 수행할 경우에는 큰 무리가 없는 것으로 보이나 제품화 일정이 지연될 경우를 대비하여 추가적인 자금조달 경로도 고려하여야 할 것이다.
5. 결론
사업주체는 동 기술의 개발에 있어서 1, 2차년도 각각 3.33억원, 3.33억원 총 6.66억원의 투자계획을 가지고 있으며, 구체적으로 1, 2차년도 인건비 0.8억원, 직접비 2.44억원 등이 소요되는 계획을 가지고 있다. 투자 재원의 조달은 총 투자금액의 25.0%에 해당하는 1.66억원을 자체자금으로 확보할 예정이고, 나머지 자금은 정부지원 과제로 계획하고 있다.
해당 과제는 최종 제품을 만드는 기술로, 보유기술역량과 제품-기술속성에 비추어 단독개발이 가능한 과제이다. 핵심 기술별 소싱전략에서 제시한 바와 같이 ‘HVPE 성장 및 장치기술’, ‘화학적 에칭기술’, ‘Laser lift off 기술’, ‘사파이어 사용기술’, ‘Si 사용기술’ 등 5개 핵심기술 모두 단독개발 가능하다고 판단된다.