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晶能光電:大尺寸硅襯底GaN基Micro LED產業(yè)化道路

時間:2024-05-24 來源: 點擊:1123

? ? ? 5月20-22日,以“空間無界,數(shù)字交互”為主題的2024微顯示產業(yè)交流暨XR生態(tài)活動在珠海隆重舉行。

? ? ? 本次活動呈現(xiàn)了由頂級院士領銜、三大技術領域、30余位企業(yè)高層嘉賓、50+核心議題的高規(guī)格論壇,同時匯聚了多家產業(yè)鏈知名企業(yè)。

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? ? ? 晶能光電外延工藝高級經理周名兵攜《大尺寸硅襯底GaN基Micro LED產業(yè)化道路》應邀出席了活動,并分享了硅襯底GaN材料在光電領域應用概況、大尺寸硅襯底GaN基Micro-LED發(fā)展及晶能光電大尺寸外延發(fā)展現(xiàn)狀。

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硅襯底GaN材料在光電領域應用


? ? ?GaN(氮化鎵)是第三代半導體材料,基于不同襯底、生長技術、外延結構,可用于制備半導體激光器、射頻PA、功率HEMT、照明LED、Micro-LED等,應用前景廣闊。

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? ? ? ?硅襯底GaN材料具有大尺寸襯底價格優(yōu)勢,可以充分借助集成電路工藝和設備,實現(xiàn)高效率、高良率,低成本的精細化器件制程,并具有與CMOS背板高度功能集成的潛力優(yōu)勢。但在進入產業(yè)化之前,還必須在材料質量、材料均勻性、外觀缺陷、晶圓翹曲等關鍵性指標上取得突破,而這些問題主要來自于硅襯底和GaN的晶格失配導致的高缺陷密度,熱膨脹系數(shù)失配導致的張應力以及Ga:Si反應所引起。

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? ? ? 目前,硅襯底GaN材料在中低功率的高頻HEMT和LED專業(yè)照明領域已實現(xiàn)規(guī)?;瘧茫瑫r隨著AR/VR、車載HUD、矩陣車燈、智能穿戴、光通信等領域的快速發(fā)展,基于硅襯底GaN材料的Micro-LED微顯技術和低功率PA正在加速工程化開發(fā),DUV LED、GaN LD以及GaN/CMOS集成架構也在早期研究當中。

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大尺寸硅襯底GaN基Micro-LED發(fā)展


? ? ? 大尺寸硅襯底GaN 基Micro-LED的主要應用場景是和CMOS底板直接鍵合的高PPI投影、輔助/虛擬現(xiàn)實設備的近眼顯示,它是基于8英寸及以上的GaN-on-Si晶圓和CMOS底板、并借鑒成熟的IC工藝,優(yōu)勢在于大尺寸、低成本、高波長一致性、無損去除、低翹曲、CMOS兼容性等等,可以有效提高制程效率和良率,降低制造成本。

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? ? ? 因此,Micro-LED芯片發(fā)展也將從4英寸工藝研發(fā)過渡到8英寸量產, 最終升級到12英寸晶圓制程。國內外眾多初創(chuàng)企業(yè)都在專注基于硅襯底GaN的Micro-LED技術開發(fā),中、美、日、韓等主要消費電子企業(yè)也都在這一新興領域積極布局。



晶能光電大尺寸硅襯底GaN外延發(fā)展現(xiàn)狀


? ? ? 為獲得高質量硅襯底GaN外延,公司采用異質外延的應力積累和釋放模型優(yōu)化生長,創(chuàng)新的利用晶格應力誘導位錯反應,在總外延層厚度5μm條件下,可以穩(wěn)定重復的生長位錯密度~1.5E8/cm2的硅襯底GaN外延層;同時,采用薄buffer技術,獲得超過8μm的GaN 外延,膜厚均勻性好。

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? ? ? ? 目前,晶能光電已具備365-650nm全色系硅襯底GaN LED外延技術,并開發(fā)出4-12英寸硅襯底GaN基紅\綠\藍Micro-LED外延,可提供標準厚度產品級8inch CMOS匹配的高質量外延片。公司規(guī)模量產的藍光、綠光硅襯底大功率垂直LED芯片的峰值外量子效率分別達到了85%和50%以上,在車用照明、移動照明、消費電子等領域得到廣泛使用。

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(晶能光電突破12英寸硅襯底三基色Micro LED外延關鍵技術)


? ? ? Micro-LED另一個重要應用方向是萬級像素矩陣車燈和車載HUD,這兩個應用都需要超大的工作電流密度,晶能光電針對這個應用開發(fā)的藍光Micro-LED外延結構,在1000A/cm2下能夠實現(xiàn)20%以上的外量子效率,為矩陣車燈和車載HUD應用奠定了基礎。

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? ? ? ?目前,紅光LED依然是Micro-LED技術的重大瓶頸之一,AlGaInP存在效率低的問題,GaN基紅光可實現(xiàn)全GaN體系,同時驅動設計具備一致性。不過,GaN紅光在效率、FWHM、波長漂移等方面還面臨著重大的挑戰(zhàn),但隨著產、學、研界廣泛的開發(fā)投入,不斷有新的方向和工藝設備升級等,預計會有持續(xù)的突破。

? ? ? 面向未來,硅襯底GaN技術的潛力領域在于大尺寸、高集成和細微化制程, Micro-LED微顯也有望成為硅襯底GaN技術的重大市場機遇,晶能光電專注于硅襯底GaN LED材料的開發(fā),希望和業(yè)界上下游企業(yè)開展Micro-LED應用合作,共同推動行業(yè)的發(fā)展。


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