그룹3-5족 화합물반도체 소재와 소자 설계 제작에 중점, microLED 소자도 개발

중국 정부의 막대한 자금지원으로 급성장한 중국 LED 기업이 위세를 떨쳤다. 그 때가 2015년 경이었다. 중국 기업의 저가 공세에 국내 LED 산업이 붕괴하기 시작한 건 어쩌면 당연한 수순이었다.

송준오 대표는 당시, 삼성종합기술원 포토닉스랩과 LG이노텍 LED 사업부에서 그룹3-5족 화합물반도체(GaN, GaAs) 기반의 LCD BLU 및 조명 제품 용도의 고품위 발광소자 설계 관련 기술개발의 실무 경험과 기술 사업화를 추진했던 전문가로, 다방면으로 양산화 성공 스토리를 써 나가고 있었다.
   

송 대표는 이에 앞서 2000년도에 광주과학기술원에서 GaN 소재를 처음 접했고, 물성 평가와 이를 통해 고품질의 발광(LD, LED)소자 설계 연구 아이템으로 박사학위를 취득하였다. 연이어 박사 후 연구원(Post-doc Fellow)으로 조지아공대(미)에서 MOCVD 장비를 이용한 GaN 에피택시 웨이퍼 소재에 대한 풍부한 이론적 배경과 경험을 축적한 뒤에 한국으로 다시 돌아온 것이다. 

화합물 반도체에서부터 LED 산업의 부침까지 두루 거친, 웨이브로드의 송 대표가 회사를 만들고자 했을 때 어떤 심정이었을까. 이야기는 예서부터 시작하기로 했다. 


Q.  반도체 분야에 다양한 경험을 가졌기에 오히려 창업에 대한 두려움과 차별성을 동시에 느꼈을 것 같은데. 

그룹3-5족 화합물반도체에 대한 배경지식과 경험, 그리고 LCD BLU 및 조명용 LED 산업의 붕괴 역사를 반면교사 삼았다. 그래서 웨이브로드는 철저한 기술 차별화를 통해 GaN 전력반도체와 무기발광 디스플레이 분야에서 원가 혁신 통한 비용 절감과 효율성을 극대화하는 원천기술 확보와 이를 통한 제품화에 주력하고 있다.

특히 웨이브로드는 글로벌 GaN 전력반도체 시장에서 성능과 품질뿐만이 아니라 원가 경쟁력 면에서도 선도하여 GaN 전력반도체 산업에서 일등에 포지션닝하고자 하는 마음으로 설립되었다.


Q.  그렇게 만든 웨이브로드는 어떤 회사이며 지향점은 무엇인가.

웨이브로드(Wavelord)는 경기도 화성에 본사를 둔 그룹3-5족 화합물반도체 소재와 소자 설계 제작 기술 중심의 기업이다. 기존 Si 반도체를 대체하는 차세대 화합물반도체로 각광받는 질화갈륨(GaN) 에피택시의 전력반도체 소재와 포스트 OLED 디스플레이로 주목받고 있는 무기발광 디스플레이 픽셀 광원인 microLED 소자를 통한 사업을 영위하고 있다. 

우리 회사는 특히 GaN 전력반도체 소재인 에피택시 웨이퍼와 무기발광 디스플레이용 칩 설계 기술에서 강점을 가졌다. 무엇보다도 발광, 전력 변환, 전력증폭, 및 음파 센싱 등 다재다능한 물성을 갖는 화합물반도체 질화갈륨(GaN)을 활용한다. 지구와 인간의 공존 방안의 탄소중립 핵심 실행 제품과 초고속, 초저지연, 초연결을 핵심으로 음성과 데이터에 국한됐던 이동통신의 한계를 넘어 모든 사물을 연결하고 산업의 디지털 혁신 제품의 근간을 이루는 핵심 소재와 소자를 양산코자 한다. 




Q.  GaN 전력반도체 시장은 현재 어떤 상황인가.

GaN 전력반도체는 우주 국방 및 민수 분야에서 각각 전력 증폭기 부품의 레이다(RaDAR)와 5G & B5G 무선통신, 그리고 고출력의 고효율 가전기기, 자율주행 전기차, 신재생에너지 생산시설 등 가전·전기 분야에서 지속 가능한 에너지와 첨단 기술의 핵심 요소로 자리 잡고 있으며, 앞으로도 높은 성장 가능성을 보일 것으로 기대된다.

다만, GaN 전력반도체 소자(HEMT)와 부품의 핵심 소재인 GaN HEMT-on-SiC(또는 Si) 에피택시 웨이퍼는 높은 기술 난도와 해외 업체와의 기술 격차, 그리고 협소한 국내 인프라 등으로 현재 해외 선진업체로부터 전량 수입에 의존하고 있다.


Q.  그렇다면, 이러한 GaN 전력반도체 시장에서 웨이브로드는 어떤 경쟁력과 차별성을 내세우고 있는지. 

이종물질 성장 기판(SiC, Si) 위에 GaN 화합물반도체(GaN, AlGaN, AlN) 반도체 에피택시 성장을 하게 되면, 일차적으로 성장 기판과 인접한 시드 & 버퍼 영역 물질 사이(間)의 격자상수와 열팽창계수 차이로 에피택시 내부에 열-기계적 스트레스(인장, 응축)가 유발되며, 연속하는 후속 공정에서 피막 소재와 성장 공정 파라미터 변경시에 열-기계적 스트레스가 이차적으로 추가 발생하는데, 이러한 성장 공정 중에 다양한 형태의 높은 결정결함 밀도와 웨이퍼 변형, 그리고 미세 균열 등이 발생하는 현상이 빈번하게 나타난다.

웨이브로드는 스트레스 발생 메카니즘 이해와 결정결함을 획기적으로 저감할 수 있는 기술을 이미(旣) 확보하였고, 이를 바탕으로 국내 최초로 4인치 SiC 성장 기판 위에서 에피택시 성장 형성된 고출력 고주파(RF) 에피택시 웨이퍼 국산화 성공하였다.

또한 성장 기판 사이즈가 커지면 발생된 스트레스와 결정결함 밀도가 증가되는 현상을 극복하여 8인치 Si 성장 기판 위에서 에피택시 성장 형성된 고출력 파워 스위치(Switch) 에피택시 웨이퍼 개발이 완료되어 잠재 고객사들에게 프로모션하고 있다.
웨이브로드는 창업 취지에 맞게 비용 절감을 위한 독자적인 원천 기술을 개발하여 GaN 소재의 경제성을 높이고 있으며, 이런 제품의 글로벌 경쟁력을 강화하기 위해 200건 이상의 특허를 보유하고 있는 등 지속적인 연구개발을 통해 기술력을 강화하고 있다.



“우리의 목표는 우선, GaN 에피택시 웨이퍼 양산이다.
웨이브로드는 2025년 상반기부터 4인치에 이어,
6인치 고주파용 고출력 전력 증폭기에 사용되는
에피택시 웨이퍼를 양산할 계획이다.
두 번째는, 8인치 GaN 에피택시 웨이퍼 양산이다.
마지막으로, 현재 개발중인 차별화 생존 제품으로
GaN 에피택시 성장 기술과 웨이퍼 본딩 기술을
융합시킨 고가성비의 GaN 전력소자용 엔지니어드
에피택시 웨이퍼를 2025년 말까지 개발 완료할 예정이다.”



Q.  기술의 특성상, 우수한 인력 확보가 중요할 것 같은데요.

웨이브로드는 기술력뿐만 아니라 인력 구성과 마케팅 인프라 측면에서도 경쟁력을 갖추고 있다. 3가지 측면에서 말씀드리겠다. 
첫 번째, 전문 인력 구성이다. CEO 포함 핵심 엔지니어 6명은 국내 대기업에서 최소 10년 이상 동안 그룹3-5족 화합물반도체 분야에서 최첨단 선행기술 관련 제품 개발과 양산 이관, 특히 내부입고 및 외부출하 품질까지 관리 이력과 역량을 보유하고 있다.

두 번째, 마케팅 및 협력 네트워크이다. 국내 유일한 고출력 고주파 GaN HEMT 파운드리 기업인 웨이비스 포함 3-4개 업체와 Si, 화합물반도체(GaN, SiC) 분야의 글로벌 소재 기업인 SK 실트론 포함한 국내·외 5-6개 업체들과 제품 공급하거나 프로모션 중이다. 파운드리 기업 및 국가 연구소, 대학교 연구소 등을 통해 GaN 전력반도체 에피택시 웨이퍼 소재 평가 결과, 해외 선진 레거시 동등 이상 수준의 특성 및 신뢰성 확보했으며 지속적인 기술 교류를 통해 제품 성능 향상 및 대외 인지도 개선 활동을 진행 중이다.

세 번째, 생산 인프라이다. 경기 화성에 위치한 첨단 제조 시설을 통해 GaN 전력반도체와 microLED 디스플레이 칩을 설계 및 제조할 수 있는 독자적인 생산 체계를 갖추고 있다. 이를 통해 품질 관리와 생산 효율성을 극대화하고 있다.
웨이브로드는 이러한 요소들을 바탕으로 전력반도체 및 디스플레이 기술 시장에서 지속 가능한 성장을 도모하고 있다.



Q.  지금까지 회사를 경영해 오면서 가장 기억에 남는 장면이 있다면 꼽아 달라. 

웨이브로드를 경영해 오면서 질화갈륨(GaN) 기술의 가능성을 실현하며 얻은 성과들을 가장 기억에 남는 순간으로 꼽는다. 특히, 국내 최초로 GaN 에피택시 웨이퍼 양산 체계를 구축한 것과, 이를 통해 글로벌 시장에서 경쟁력을 확보한 점이 큰 자부심으로 남아 있다. 또한, 웨이브로드의 기술이 다양한 산업에 적용되며, 전력반도체와 microLED 디스플레이 분야에서 혁신을 이룬 순간들이 대표와 팀에게 큰 동기부여가 되었다고 한다. 특히, 초기 창업 당시의 도전과 어려움을 극복하고, 현재의 성과를 이루기까지의 여정이 매우 뜻깊었다.

이 외에도, 웨이브로드의 기술이 국내외 주요 기업들과의 협력 프로젝트로 이어지며, 기술 상용화와 시장 확대에 기여한 점도 중요한 기억으로 남아 있다고 말한다.


Q.  어려움도 적지 않을 것같다. 기술 벤처기업으로 느끼는 문제가 있다면.

웨이브로드는 대부분의 국내 기술 벤처 중소기업이 겪는 어려움이 있다. 4가지 정도로 요약할 수 있다. 
1. 청년층의 중소기업 취업 기피와 고령화로 인해 인력 부족 문제가 심화되고 있다. 특히, 숙련된 기술 인력을 확보하는 데 어려움을 겪고 있다.
2. 웨이브로드는 대기업에 비해 규제 준수에 필요한 자원과 역량이 부족하여, 복잡한 규제가 경영에 부담을 주는 경우가 많다.
3. 초기 자금 조달과 투자 유치가 어려워 혁신적인 아이디어를 상용화하는 데 제약이 있다. 특히, 기술 기반 스타트업은 자금 부족으로 인해 성장에 어려움을 겪는다.
4. 글로벌 경쟁력 부족으로 글로벌 시장 진출의 어려움이 중소기업의 성장에 장애물이 되고 있다


Q.  그렇다면, 앞서 말한 애로 사항을 해결할 방법이 있다면.

이에 대한 문제를 해결할 방법은 있다고 생각한다. 
1. 청년층과 경력단절 여성, 고연령 인력 등 잠재 인력을 발굴하고, 중소기업 근로 환경 개선 및 유연근무제 확대를 통해 장기 재직을 유도해야 한다.
2. 중소기업에 적합한 맞춤형 규제 완화와 지원 정책이 필요하다. 예를 들어, 창업 초기 기업에 대한 부담금 면제 기간 확대와 같은 조치가 도움이 될 수 있다.
3. 동산 담보 대출 제도와 같은 다양한 자산을 활용한 자금 조달 방안을 확대하고, 정부와 민간의 협력을 통해 투자 환경을 개선해야 한다.
4. 중소기업의 디지털 전환과 신기술 도입을 촉진하기 위한 정부의 지원이 필요하다. 특히, AI와 IoT 기술 활용을 위한 교육 및 인프라 지원이 중요하다.



Q.  앞으로의 행보가 더 궁금해지는 기업이다. 어떤 목표를 가지고 있는가. 

웨이브로드는 질화갈륨(GaN) 에피택시 웨이퍼와 관련된 제품 출시를 계획하고 있다. 크게 3가지로 정리해서 말할 수 있다. 
우선, GaN 에피택시 웨이퍼 양산이다. 웨이브로드는 2025년 상반기부터 4인치에 이어, 6인치 고주파용 고출력 전력 증폭기에 사용되는 에피택시 웨이퍼를 양산할 계획이다. 이는 민수 및 우주 국방 분야의 무선통신 시스템에 활용될 예정이다.

두 번째는, 8인치 GaN 에피택시 웨이퍼 양산이다. 2024년 말경에 8인치 Si 웨이퍼 기반의 GaN 에피택시 웨이퍼 기술 개발을 완료하고, 이를 전기차 및 신재생에너지 생산시설 등에 필요한 전력변환 반도체용 제품을 출시할 예정이다.

마지막으로, 현재 개발중인 차별화 생존 제품으로 GaN 에피택시 성장 기술과 웨이퍼 본딩 기술을 융합시킨 고가성비의 GaN 전력소자용 엔지니어드 에피택시 웨이퍼(engineered epitaxy wafer)를 2025년 말까지 개발 완료하고, 2026년 제품 출시를 통해 국내·외 시장에서 입지를 강화하고, 지속 가능한 기술 혁신을 이어가고자 한다.

아울러 웨이브로드의 비전은 "차세대 화합물반도체 GaN 기술의 글로벌 리더"를 목표로 하고 있으며, 이를 위해 ▲친환경적이고 에너지 효율적인 기술 개발에 주력 ▲국내·외 주요 기업들과의 협력 및 해외 시장 확대 ▲기술을 통해 지속 가능한 미래를 만들고, 지역사회와 함께 성장하고자 한다. 




  우리 회사 핵심 제품은요.

파워 스위치 GaN 에피택시 웨이퍼 기술 개발 및 사업화
고가성비 GaN 전력소자용 엔지니어드 에피택시 웨이퍼 개발

웨이브로드는 자발광의 무기발광 디스플레이의 적/녹/청(RGB) 픽셀 광원(pixel emitter)인 microLED 칩을 패널 업체가 요구하는 디멘젼과 디자인에 매칭된 제품을 단기간 내에 설계 제작하여 공급하는 파운드리 서비스 사업을 하고 있다. 또한 전기차 및 신재생에너지 생산시설, 그리고 각종 가전·전기 제품의 컨버터 & 인버터 부품으로 사용되는 파워 스위치 GaN 에피택시 웨이퍼와, 우주 국방 레이더와 민수 5G&B5G 무선통신의 고주파(RF) 부품으로 사용되는 전력 증폭기 GaN 에피택시 웨이퍼 소재를 기술 개발하여 사업화하고 있다.
 
그룹3-5족 화합물반도체 소재는 기존 실리콘(Si) 반도체보다 높은 전자 이동도(electron mobility) 특성으로 효율적인 전력증폭(고주파) 및 전력변환(스위치)이 가능하여 차세대 전력반도체용 소재로 인식되고 있으며, 무엇보다도 와이드 밴드갭(wide band-gap) 물성을 보유한 GaN 화합물반도체가 고효율 고출력 전력반도체 소자로 주목하고 있다.

이러한 고품위 GaN 전력반도체 소자를 설계·제작하기 위한 핵심 GaN 소재는 웨이퍼 형태의 이종물질 성장기판(SiC, Si) 상부에 전자가 이동하는 반도체 채널(channel) 영역에만 GaN 화합물반도체를 얇고 균일하게 직접 에피택시 성장(epitaxy growth)하거나, 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정을 통해 간접적으로 형성하는 공정으로 설계 제작하고 있다. 

현재 웨이브로드는 선진 레거시처럼 전력 증폭기 용도의 GaN 전력소자를 위해 고방열 성장기판 SiC 위에 GaN HEMT 구조의 에피택시 성장 형성된 웨이퍼와 파워 스위치 용도의 GaN 전력소자를 위해 고가성비 Si 위에 GaN HEMT 구조의 에피택시 성장 형성된 웨이퍼가 개발되어 양산 중이다. 

대규모 투자 자금 상황에서 생존하기 위한 제품 개발로 GaN 에피택시 성장 기술과 웨이퍼 본딩기술을 융합시킨 고가성비의 GaN 전력소자용 엔지니어드 에피택시 웨이퍼(engineered epitaxy wafer)를 개발하고 있다.