晶能光電：大尺寸硅襯底GaN基Micro LED產(chǎn)業(yè)化道路

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

    本次活動(dòng)呈現(xiàn)了由頂級(jí)院士領(lǐng)銜、三大技術(shù)領(lǐng)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(shí)匯聚了多家產(chǎn)業(yè)鏈知名企業(yè)。

    晶能光電外延工藝高級(jí)經(jīng)理周名兵攜《大尺寸硅襯底GaN基Micro LED產(chǎn)業(yè)化道路》應(yīng)邀出席了活動(dòng)，并分享了硅襯底GaN材料在光電領(lǐng)域應(yīng)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。

    硅襯底GaN材料在光電領(lǐng)域應(yīng)用

    GaN（氮化鎵）是第三代半導(dǎo)體材料，基于不同襯底、生長(zhǎng)技術(shù)、外延結(jié)構(gòu)，可用于制備半導(dǎo)體激光器、射頻PA、功率HEMT、照明LED、Micro-LED等，應(yīng)用前景廣闊。

    硅襯底GaN材料具有大尺寸襯底價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以充分借助集成電路工藝和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效率、高良率，低成本的精細(xì)化器件制程，并具有與CMOS背板高度功能集成的潛力優(yōu)勢(shì)。但在進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化之前，還必須在材料質(zhì)量、材料均勻性、外觀缺陷、晶圓翹曲等關(guān)鍵性指標(biāo)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(dǎo)致的高缺陷密度，熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的張應(yīng)力以及Ga:Si反應(yīng)所引起。

    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(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)�；瘧�(yīng)用，同時(shí)隨著AR/VR、車載HUD、矩陣車燈、智能穿戴、光通信等領(lǐng)域的快速發(fā)展，基于硅襯底GaN材料的Micro-LED微顯技術(shù)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(gòu)也在早期研究當(dāng)中。

    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(yīng)用場(chǎng)景是和CMOS底板直接鍵合的高PPI投影、輔助/虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)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(shì)在于大尺寸、低成本、高波長(zhǎng)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。

    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(chǎn), 最終升級(jí)到12英寸晶圓制程。國(guó)內(nèi)外眾多初創(chuàng)企業(yè)都在專注基于硅襯底GaN的Micro-LED技術(shù)開發(fā)，中、美、日、韓等主要消費(fèi)電子企業(yè)也都在這一新興領(lǐng)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(zhì)量硅襯底GaN外延，公司采用異質(zhì)外延的應(yīng)力積累和釋放模型優(yōu)化生長(zhǎng)，創(chuàng)新的利用晶格應(yīng)力誘導(dǎo)位錯(cuò)反應(yīng)，在總外延層厚度5μm條件下，可以穩(wěn)定重復(fù)的生長(zhǎng)位錯(cuò)密度~1.5E8/cm2的硅襯底GaN外延層；同時(shí)，采用薄buffer技術(shù)，獲得超過8μm的GaN 外延，膜厚均勻性好。

    目前，晶能光電已具備365-650nm全色系硅襯底GaN LED外延技術(shù)，并開發(fā)出4-12英寸硅襯底GaN基紅\綠\藍(lán)Micro-LED外延，可提供標(biāo)準(zhǔn)厚度產(chǎn)品級(jí)8inch CMOS匹配的高質(zhì)量外延片。公司規(guī)模量產(chǎn)的藍(lán)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(dá)到了85%和50%以上，在車用照明、移動(dòng)照明、消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到廣泛使用。

（晶能光電突破12英寸硅襯底三基色Micro LED外延關(guān)鍵技術(shù)）

    Micro-LED另一個(gè)重要應(yīng)用方向是萬級(jí)像素矩陣車燈和車載HUD，這兩個(gè)應(yīng)用都需要超大的工作電流密度，晶能光電針對(duì)這個(gè)應(yīng)用開發(fā)的藍(lán)光Micro-LED外延結(jié)構(gòu)，在1000A/cm2下能夠?qū)崿F(xiàn)20%以上的外量子效率，為矩陣車燈和車載HUD應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

    目前，紅光LED依然是Micro-LED技術(shù)的重大瓶頸之一，AlGaInP存在效率低的問題，GaN基紅光可實(shí)現(xiàn)全GaN體系，同時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)具備一致性。不過，GaN紅光在效率、FWHM、波長(zhǎng)漂移等方面還面臨著重大的挑戰(zhàn)，但隨著產(chǎn)、學(xué)、研界廣泛的開發(fā)投入，不斷有新的方向和工藝設(shè)備升級(jí)等，預(yù)計(jì)會(huì)有持續(xù)的突破。

    面向未來，硅襯底GaN技術(shù)的潛力領(lǐng)域在于大尺寸、高集成和細(xì)微化制程， Micro-LED微顯也有望成為硅襯底GaN技術(shù)的重大市場(chǎng)機(jī)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(yīng)用合作，共同推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。