질화갈륨(GaN) 반도체 소자 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서: 제품별(GaN 무선 주파수 소자, 광반도체, 전력 반도체), 부품별(트랜지스터, 다이오드, 정류기, 전력 IC, 기타), 웨이퍼 크기별(2인치, 4인치, 6인치, 8인치), 최종 사용자별(자동차, 가전제품, 방산 및 항공우주, 의료, 정보통신기술, 산업 및 전력, 기타) 및 지역별(북미, 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카, 라틴 아메리카) 예측, 2025-2033년

시장 성장 요인

유전공학 기술의 발전

GaN 반도체 기술은 지난 5년간 비약적으로 발전했습니다. GaN 반도체는 다이오드 성능을 크게 향상시켰을 뿐만 아니라 제조 비용 또한 크게 절감했습니다. 도시바, GaN 시스템즈, 이피션트 파워 컨버전스 등 시장 참여 기업들은 최첨단 GaN 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 추세는 향후 시장 성장을 견인할 것으로 예상됩니다. 예를 들어, 도시바는 GaN 전력 소자의 문턱 전압 등 특성 변화를 최소화하고 신뢰성을 높이는 게이트 유전체 공정 기술을 개발했습니다.

갈륨 질화물(GaN) 기술 개발은 미 공군 연구소(AFRL), 막스 플랑크 협회(Max-Planck-Gesellschaft), 헬름홀츠 협회(Helmholtz Association)를 비롯한 여러 연구 기관의 주요 연구 분야입니다. 예를 들어, 미 공군 연구소는 2016년 3월에 단락 게이트 질화갈륨(GaN) 반도체 기술을 개발했습니다. 이 기술은 레이더, 위성 통신, 소프트웨어 정의 라디오와 같이 더 넓은 주파수 대역을 필요로 하는 분야에 적합한 반도체 개발에 활용될 수 있습니다. 연구 기관들은 GaN 기반 반도체 제조 기술 발전을 촉진하기 위해 다양한 기업과 계약을 체결하고 있습니다. 예를 들어, 레이시온(Raytheon)사는 2017년 4월 미 공군 연구소로부터 GaN 기반 반도체 제조 방법 개선을 위한 1,490만 달러 규모의 계약을 수주했습니다.

시장 제한

대량 질화갈륨(GAN)의 높은 가격

GaN은 현재 매우 비싸서 2인치 기판 하나에 거의 1,900달러 이상입니다. 6인치 기판 가격이 25달러에서 50달러 사이인 실리콘 기판과 비교하면 GaN의 가격은 훨씬 높습니다. GaN 대량 생산 가격이 높은 주된 이유는 제조 비용이 높기 때문입니다. GaN을 만드는 데 사용되는 암모니아열 합성법과 수소화물 기상 증착법(HVPE)은 실리콘 기판보다 생산 비용이 훨씬 높습니다. GaN-on-SiC 기술의 높은 비용은 무선 통신 기지국이나 케이블 TV와 같은 응용 분야에서 질화갈륨(GaN)-on-SiC 기술의 도입을 가로막는 중요한 장애물입니다. 더욱이, 3.5GHz 이하의 주파수 대역에서 작동하는 응용 분야의 경우 GaN-on-SiC 기술은 Si-LDMOS와 같은 대체 기술과 비교했을 때 비용 효율성이 떨어집니다.

또한, SiC 기반 GaN 제품의 높은 가격이 SiC 기반 제품보다 시장 성장을 저해할 것으로 예상됩니다. SiC 기반 GaN 제품은 SiC 기반 제품보다 약 50% 더 비쌉니다. 게다가, SiC 기반 GaN은 SiC 기반 제품보다 결함률이 훨씬 높아 시장 확장에 악영향을 미칠 수 있습니다. 대량 GaN 생산에 더욱 효율적인 대체재로 여겨지는 질화알루미늄(AIN)과 같은 신소재의 도입 또한 시장 성장을 제한할 수 있습니다.

시장 기회

5G 인프라에서 GAN 사용 증가

현재 GaN은 미국과 일본의 5G 네트워크에서 원격 무선 헤드 네트워크 밀집화 애플리케이션, 타이니 셀, 분산 안테나 시스템(DAS) 등에 널리 사용되고 있습니다. GaN은 다른 국가들의 5G 네트워크 애플리케이션, 특히 더 높은 주파수와 낮은 설치 비용이 요구되는 타이니 셀에도 사용될 것으로 예상됩니다. 통신 서비스 제공업체의 주요 목표는 더 많은 용량, 더 낮은 지연 시간, 그리고 모든 곳에 연결된 네트워크를 제공하는 것입니다. 이러한 네트워크의 효율성은 매우 중요합니다.5G 인프라통신 사업자에게 있어 에너지 효율성, 데이터 속도, 지연 시간 및 트래픽 용량은 또 다른 관심 분야입니다.

2021년까지 독일, 인도, 러시아 등에서 상용 5G 네트워크가 출시될 것으로 예상됩니다. 이는 GaN 소자 제조업체들에게 상당한 성장 기회를 제공할 것으로 전망됩니다. 노키아, AT&T와 같은 통신 대기업들은 기지국, 송신기, 데이터 센터를 포함한 5G 인프라에 GaN을 더욱 적극적으로 활용하고 있습니다. GaN 소자는 우수한 드레인 효율 덕분에 5G 네트워크 인프라에 적합합니다. 특히 GaN 소자의 드레인 효율은 약 60%에 달하는 반면, LDMOS 소자는 50% 미만입니다.

제품 인사이트

제품 유형별로 글로벌 GaN 반도체 시장은 GaN 무선 주파수 소자, 광반도체, 전력 반도체로 구분됩니다. 전력 반도체 부문은 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 21.60%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. GaN 기반 전력 반도체는 고온에서도 작동할 수 있어 마이크로파 기기와 같은 용도에 매우 적합합니다. 지난 몇 년간 전력 기능 보호(PFP)를 비롯한 여러 기술이 크게 발전했는데, 특히 저전압 데이터 및 신호 처리 회로를 결합하여 PFP를 구현한 것이 대표적입니다. 이러한 기술은 다양한 소비자 기기 및 IT 주변기기에 유용하게 활용되고 있습니다. 또한 시스템 비용 절감과 칩 크기 축소로 집적 회로(IC)의 효율성과 성능이 향상되었습니다. GaN 전력 반도체는 위성 통신, 마이크로인버터, 안정기, SMPS(상태전 전원 공급 장치), 전기차 충전기, 전기차 배터리 등에도 사용됩니다.

발광 다이오드(LED), 태양 전지, 포토트랜지스터, 레이저 및 광전자 장치는 광반도체의 응용 분야 중 일부에 불과합니다. 자동차 및 가전 제품 산업에서 GaN 반도체의 사용이 확대됨에 따라 광반도체의 활용도 또한 증가하고 있습니다. 광반도체는 주로 펄스 레이저, 실내외 조명, 자동차 조명에 사용됩니다. 또한 펄스 레이저 및 라이다(LiDAR)와 같은 응용 분야에도 널리 사용되어 해당 산업의 성장을 촉진하고 있습니다. 통신 사업자들이 집중하고 있는 동축 케이블에서 광섬유로의 전환은 이 분야의 성장을 크게 가속화할 것으로 예상됩니다. 더 나아가 디지털 사이니지 및 디스플레이 장치에도 GaN 기술로 제작된 LED가 많이 사용됩니다.

구성 요소 인사이트

구성 요소별로 살펴보면, 전 세계 GaN 반도체 소자 시장은 트랜지스터, 다이오드, 정류기, 전력 IC 및 기타로 구분됩니다. 전력 IC 부문이 가장 높은 시장 점유율을 차지하고 있으며, 예측 기간 동안 연평균 22.45%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 효율적인 내비게이션, 충돌 방지, 실시간 항공 교통 관제 등의 기능을 제공하는 GaN 기반 전력 IC의 채택이 증가함에 따라, 전력 IC 시장은 예측 기간 동안 상당한 연평균 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다. 후지쓰, 코르보, 도시바 등도 통신 애플리케이션용 전력 IC 개발에 주력하며 해당 부문의 성장을 견인하고 있습니다. 예를 들어, 코르보는 2017년 6월 지점 간(point-to-point) 및 5G 무선 기지국/단말기 애플리케이션에 사용되는 듀얼 채널 차세대 5G 무선 프런트엔드 모듈 IC-QPF4005를 출시했습니다. 또한, 전력 IC의 신뢰성을 향상시키기 위해 도시바는 2017년 8월에 게이트 유전체 공정 기술을 출시했습니다. 이 기술은 문턱 전압과 같은 특성 변화를 줄여줍니다.

GaN 다이오드는 다양한 디지털 전자 응용 분야에서 인터페이스 회로, 구동 회로, 스위칭 부하, IC 회로 관리 및 인버터 회로에 사용되는 것이 핵심적인 원동력입니다. 컴팩트한 설계와 가벼운 무게 덕분에 소형 전기 부품 간의 스위칭이 안정적이고 경제적입니다. 또한, GaN 다이오드의 낮은 전력 손실과 기계적 충격 및 진동에 대한 저항성은 신뢰성을 향상시키고 에너지 효율을 높여줍니다.

웨이퍼 크기 분석

웨이퍼 크기에 따라 전 세계 GaN 반도체 소자 시장은 2인치, 4인치, 6인치, 8인치로 구분됩니다. 6인치 웨이퍼는 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 24.80%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 6인치 웨이퍼는 우수한 전압 균일성과 정밀한 전류 제어 기능을 제공합니다. 높은 항복 전압과 낮은 누설 전류 등의 특성으로 인해 가전제품 및 방위 장비에 널리 사용됩니다. 방위 장비 제조 증가로 인해 질화갈륨 산업에서 6인치 웨이퍼의 시장 점유율이 확대되었습니다. 고출력 LED와 광검출기에도 이러한 웨이퍼 상의 반도체가 사용됩니다. 의료, 항공우주 및 군사, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 이러한 반도체의 사용이 증가함에 따라 해당 부문의 성장이 더욱 촉진되고 있습니다.

GaN-on-silicon 트랜지스터 및 기타 전자 주변기기에 고출력 GaN을 동적으로 공급하기 위해 최근 8인치 웨이퍼가 도입되었습니다. 8인치 웨이퍼를 사용한 반도체는 4인치 및 6인치 웨이퍼를 사용한 반도체에 비해 기생 정전 용량을 최대 90%까지 최소화할 수 있어 주로 전력 전자 분야에 사용됩니다.화합물 반도체생산성 향상 및 탁월한 공정 제어를 위한 장치입니다. 자동차용 오디오 시스템, 라디오, 차량 간 통신 시스템, 스마트폰 차량용 충전기, 자동차 실내 조명 시스템과 같은 자동차 애플리케이션에는 모두 8인치 웨이퍼로 제작된 장치가 사용됩니다.

최종 사용자 인사이트

최종 사용자를 기준으로 글로벌 GaN 반도체 소자 시장은 자동차, 가전제품, 방산 및 항공우주, 의료, 정보통신기술(ICT), 산업 및 전력, 기타 부문으로 구분됩니다. 정보통신기술(ICT) 부문이 가장 높은 시장 점유율을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 21.55%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 사물인터넷(IoT) 기술이 확산됨에 따라 질화갈륨(GaN)은 정보통신기술 분야에서 더욱 빈번하게 사용되고 있습니다. 차세대 네트워크 기기의 등장으로 지능형 컴퓨팅에 대한 수요는 더욱 증가할 것으로 예상되며, 이는 GaN 기반 반도체 시장에 안정적인 성장을 제공할 것입니다. 실리콘은 ICT 기기의 무선 주파수(RF) 응용 분야에 사용되어 왔습니다. GaN은 우수한 안정성과 낮은 전력 소모를 제공하기 때문에 이러한 실리콘 기반 소자를 대체하고 있습니다. GaN 반도체는 소형 셀, 원거리 무선 헤드 네트워크(RDHN), 분산 안테나 시스템(DAS) 및 기타 응용 분야에 널리 사용되고 있습니다.

질화갈륨(GaN)은 통신, 전자전, 레이더 등 다양한 방위 및 항공우주 분야에서 대역폭과 성능 신뢰성을 향상시키는 데 사용됩니다. 레이더 회로 기판에 사용되는 IC에 포함된 GaN 반도체는 효율적인 항법, 충돌 방지, 실시간 항공 교통 관제를 가능하게 합니다. 또한, 군용 무선 신호 증폭기와 전자 포병 부품에도 질화갈륨이 사용됩니다. GaN FET는 전력 전자 분야에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.DC-DC 컨버터.

GaN은 컴퓨터 마더보드, 전자 기기 충전기, 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS) 등 다양한 전자 제품에 사용됩니다. 또한 실내외 조명에 사용되는 LED에도 GaN이 사용됩니다. 에어컨, 텔레비전, 엔터테인먼트 시스템, 냉장고와 같은 가전제품의 리모컨에 사용되는 LED는 GaN 소자가 사용되는 대표적인 가전제품 중 하나입니다. 이러한 프로그램들은 2021년 최종 소비자 시장을 주도했던 가전제품 산업의 성장을 지원합니다.

지역 분석

북미는 전 세계 질화갈륨(GaN) 반도체 소자 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 향후 예측 기간 동안 연평균 22.35%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. GaN 기반 전력 반도체 소자 개발을 장려하는 정부의 노력은 북미 지역의 MBE 시스템 수요를 촉진할 것으로 기대됩니다. 미국 에너지부(DOE) 산하 전력 공급 및 에너지 신뢰성 사무국은 2009년에 GIGA(GaN Initiative for Grid Applications) 프로젝트를 시작했습니다. 이 프로젝트의 주요 목표는 질화갈륨-실리콘(GaNonSi) 기술을 기반으로 하는 전력 전자 소자를 개발하는 것이었습니다.고체 변압기고장 전류 제한기, 인버터 및 전력 흐름 제어기 등이 포함됩니다. 이러한 솔루션은 전력망의 전력 흡수, 관리 및 재분배 능력을 향상시켰습니다.

아시아 태평양 시장 동향

아시아태평양 아시아 태평양 지역은 연평균 24.20%의 성장률을 기록하며 예측 기간 동안 33억 7,548만 달러 규모로 성장할 것으로 예상됩니다. 특히, 기술 발전 가속화와 그에 따른 효율적이고 고성능의 RF 부품 수요 증가로 인해 예측 기간 동안 다른 어떤 지역 시장보다 빠른 속도로 성장할 것으로 전망됩니다. LED 디스플레이, 휴대폰, 게임 콘솔 등 주요 가전제품 생산국인 중국과 일본은 이 지역 시장 성장의 중요한 동력입니다. 중국, 인도, 한국 등 국방 예산 확대로 인해 안정적인 통신 장비에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이러한 수요는 GaN 기반 RF 장치 시장 성장을 촉진할 것으로 예상됩니다. 또한, 아시아 태평양 지역의 무선 전자 기기 보급 확대와 광범위한 통신 인프라 구축 역시 시장 성장을 견인할 것입니다.

유럽 ​​시장 동향

유럽 ​​시장은 예측 기간 동안 상당한 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 이모시스는 2016년 7월 Efficient Power Conversion Corporation의 유럽 대표사로 선정되었으며, 기술 지원 및 판매 마케팅 업무를 담당하고 있습니다. 이모시스의 광범위한 네트워크, 기술 전문성, 그리고 현지 지원 역량은 유럽 전역의 엔지니어와 설계자들이 최첨단 전자 제품을 활용할 수 있도록 지원하려는 Efficient Power Conversion Corporation의 목표 달성에 크게 기여했습니다.