硅衬底氮化镓技术如何推动Micro LED的产业化发展？
来源:宽禁带半导体技术创新联盟发布时间:2023-05-042293浏览
询问 AIMicro LED新型显示具有巨大市场前景，也面临着一系列技术挑战。选择合理的产业化路线对推动Micro LED应用落地非常关键。晶能光电是大尺寸硅衬底氮化镓Micro LED工艺路线的坚定实践者。在2023集邦咨询新型显示产业研讨会上，晶能光电外延工艺经理周名兵介绍了硅衬底GaN基Micro LED技术的发展情况。
在巨大市场前景下，Micro LED仍面临很大技术挑战
得益于在亮度、光效、可靠性、响应时间等方面的优势，TrendForce集邦咨询旗下光电研究处LEDinside十分看好Micro LED在高端直显屏、轻量AR眼镜、智慧手表、智慧驾驶座舱及透明显示领域的产业潜力。
在Micro LED芯片端，至2024年各项显示应用的芯片产值估计为5.42亿美元；2025年Micro LED技术相对成熟后，行业产值将有爆发性的成长。
其中，AR近眼显示光引擎是Micro LED的最大赛道，目前包括雷鸟、OPPO、小米、Vizux、李未可等企业均发布了搭载Micro LED技术的AR轻量眼镜。然而，当下Micro LED技术在近眼显示的应用仍面临着诸多挑战，包括：
微米级Micro LED芯片，特别是红光芯片的外量子效率（EQE）仍有待提升；
Micro LED芯片生产成本高，良率低，坏点率高；
像素间亮度一致性差；
灰度响应/亮度渐变效果差；5.尚无理想的全彩方案。
周名兵介绍，要实现Micro LED微显技术的规模应用，必须针对上述技术难点提供完善的工程化解决方案。
从Micro LED的高密度、巨量化、和微型化特点来看，可以和硅IC工艺高度兼容的大尺寸硅衬底GaN技术脱颖而出，成为高PPI的Micro LED微显技术的主流开发路线。
与传统的蓝宝石衬底GaN技术相比，硅衬底GaN技术在晶圆尺寸、生产成本、制程良率、IC工艺兼容度、衬底无损去除等方面具有优势，已被Metaverse(Plessey)、ALLOS、STRATACACHE、Samsung、MICLEDI、Aledia、Raysolve、Porotech、诺视、奥视微等国内外企业和科研院所广泛采用。
深耕硅衬底LED产业，晶能光电不断实现技术迭代
据了解，晶能光电成立于2006年，总部位于江西南昌，在上海、深圳分别设有办事处。晶能光电拥有硅衬底LED原创技术，并已将其成功大规模产业化。
晶能光电作为全产业链IDM硅衬底光电器件制造商，目前已覆盖外延、芯片、器件、模组全产业链，兼具研发、设计、制造、销售一体化，产品的应用领域涵盖汽车电子、消费电子、微显示、通用照明四大方向。
其中，外延、芯片产品包括垂直结构、倒装结构的Mini/Micro LED芯片；器件产品包括陶瓷封装产品、CSP封装产品、Chip封装产品、特种支架式封装产品；模组产品则包括LED模组、汽车照明模组、TOF模组、微显示模组。
周名兵重点介绍了公司在外延、芯片端的布局。据了解，晶能光电具有覆盖365nm~650nm波段的大尺寸硅衬底GaN基近紫外、蓝、绿、红光外延片产品；同时，晶能光电也储备了超低位错密度的硅衬底GaN外延技术，以应对特殊应用对氮化镓材料质量的高规格要求。“我们在硅衬底GaN外延层中可以实现低于1.5E8/cm2的位错密度，这一水平处于国际领先；我们也可以做到硅衬底上超过8微米厚度的无裂纹氮化镓外延量产。”
值得一提的是，近眼显示光引擎需要将高PPI的Micro LED阵列与CMOS背板键合，因为标准CMOS工艺都是基于8英寸或者以上晶圆，LED外延厂商需提供标准衬底厚度的8英寸Micro LED外延片以匹配CMOS背板和后续键合工艺。
晶能光电积极投入硅衬底InGaN红光外延技术开发。当下，传统InGaAlP红光Micro LED的光效和光衰是这一行业面临的首要瓶颈，晶能光电的红光LED（32mil）的峰值EQE达到13%，处于国际领先水平。虽然目前InGaN红光效率仍达不到产业应用要求，但随着产学研界广泛地进行开发投入，预计这一技术将持续得到提升。
重点布局三大潜力应用，迎接广阔市场
针对Mini RGB直显应用，晶能光电推出了垂直结构的硅衬底GaN基蓝光和绿光芯片，芯片高度与红光芯片保持一致，且都是单面出光，产品在显示对比度、发光角度方面有优异表现。目前已应用于P1.25超大Mini RGB直显曲面大屏和交互式车用Mini RGB直显屏。
针对轻量AR眼镜上的Micro LED近眼显示模组，晶能光电于2022年成功制备了12μm pitch像素矩阵，2023年又成功制备了5μm pitch三基色像素矩阵，即将发布可显示动态图像的全彩模组。
此外，晶能光电非常重视硅衬底LED技术在ADB矩阵大灯产品线上的拓展，目前该方案处于开发阶段。
周名兵表示，晶能光电预计将在2023年中旬发布12英寸硅基氮化镓LED外延片产品，并在未来不断迭代。
最后，周名兵也介绍了晶能光电在CSP Mini芯片方面的进展。
据悉，CSP Mini技术是一种倒装芯片技术，具有体积小、发光点小、高光密度的特点。应用方向上，晶能光电的CSP Mini背光产品主要面向电视和车载两大市场。
其中，在电视方面，CSP Mini背光具有小角度出光、小发光面，减少OD值，整机厚度薄，高色域的特点，目前也进入了国内头部的厂商；在车载方面，CSP Mini背光具有四面出光，发光角度大，减少背光模组的灯珠数量，高色域的特点。
结语
硅衬底GaN基LED技术难度大、开发时间长，完全依靠个别企业的独立研发、在产业无人区探索。
但来到Micro LED爆发前夜上，硅衬底GaN技术具有大尺寸、低成本、高良率、无损去除衬底、IC制程兼容等诸多优势，对于Micro LED产业化开发和应用推广有着很大加持。
晶能光电拥有硅衬底GaN全链条产业化技术及完整知识产权。抓住Micro LED发展的机遇，晶能光电将和更多行业伙伴通力合作，更快突破硅衬底GaN Micro LED技术瓶颈，推动行业发展，实现合作共赢。
来源：LEDinside Lynn
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