专访:硅基氮化镓晶圆搭配半导体技术,ALLOS将掀起Micro LED产业革命
2020-09-16 02:40 [编辑: Andygui]

能达到高分辨率、高对比度、高亮度显示效果的Micro LED显示器,早在2012年就已经出现初代样品,但受限于超高难度的制造过程,至今仍被业界视为「梦幻级产品」。近年来,在大厂领军推动下,虽然已经有愈来愈多的样品持续现踪,不过要真正进入到市场消费端,根据业内人士推估,还要至少3年以上的时间。

为突破Micro LED显示技术发展,势必得解决巨量转移制程这个大难关。目前已经有许多技术单位开发出不同取向的转移方式,包括转印、流体组装、喷墨打印等等,但这些方法在后续的Micro LED芯片处理过程中,始终受限于低良率,难以达到量产需求。

不过,德国的磊晶技术公司ALLOS跳出既有框架,指出其GaN-on-Si硅基氮化镓LED的技术,将成为解决上述各种Micro LED挑战的关键,能够突破现存的良率限制,迎矢量产目标。

ALLOS技术长Atsushi Nishikawa博士接受LEDinside专访,说明他们力推的GaN-on-Si硅基氮化镓技术如何彻底颠覆现今Micro LED制程技术的发展路径,并开创全新的产业生态系。

ALLOS技术长Atsushi Nishikawa博士;图片来源:ALLOS

抛开蓝宝石基板,用GaN-on-Si晶圆跳出当前Micro LED制程限制

ALLOS目前正积极推动在Micro LED显示技术上导入GaN-on-Si硅基氮化镓晶圆应用,走出另一条与既有的蓝宝石基板LED晶圆技术完全不同的道路。Nishikawa认为,采用硅基晶圆将是Micro LED技术推进的关键解方。

「以硅基板来取代蓝宝石制造Micro LED芯片,能够大幅增加良率跟成本优势」Nishikawa指出,以硅基版制作的LED芯片,在Micro LED显示制程上具备三大优势。

首先,若采用硅基晶圆,LED芯片厂商便能与半导体晶圆代工厂商合作,使用已经成熟的半导体设备来处理微小的Micro LED芯片,毋须另外投资新设备且能达到更高精度。此外,处理AR应用的单片晶圆微显示器时,更大尺寸的硅基板LED晶圆能够直接结合CMOS驱动背板,不需再经过多次转移步骤。最后,在转移完成时,移除硅基板的技术也比分离蓝宝石基板更为成熟,省去弱化结构以及雷射分离等可能影响LED芯片发光效率的方法。

ALLOS说明硅晶圆LED能达成更有效率的Micro LED制程

换言之,目前Micro LED显示技术所面对的主要难题,包括巨量转移、芯片检测以及驱动整合等,大多能通过整合硅基晶圆LED,以及半导体设备技术来改善。

不过,一旦将目标放在使用大尺寸硅基LED并采用半导体制程技术来直接整合驱动背板时,晶圆本身的均匀性就更加重要,而这也是ALLOS的技术核心。

独家技术实现高均匀性200 mm硅基晶圆,携手KAUST研发红光LED

「ALLOS的200mm(8吋)GaN-on-Si晶圆已经可以达成量产标准!」Nishikawa强调,ALLOS的技术能够重复生产波长一致性非常高的200 mm晶圆,波长标准差皆低于 1 nm。

Nishikawa说明,大尺寸的硅晶圆LED挑战非常高,因为发光波长的差异非常容易受到多量子井的温度变异影响。即便温度只有些微改变,晶圆的均匀度跟波长一致性就会改变。更麻烦的是,晶圆在冷却的过程中,形状也会变化且很容易因此碎裂。而ALLOS则通过独家应变工程技术,来补强芯片在冷却中改变形状的问题。

ALLOS的应变工程技术能严格地控制温度,并设计出完美的弧度,让芯片在经过冷却过程后,能达到完全平坦。

目前ALLOS已经能够产出波长一致性低于0.6 nm的200 mm Micro LED晶圆,且完全没有裂纹。而其反覆产出波长均一性低于1 nm的晶圆,也证实了其技术的量产能力。现阶段ALLOS正试图让已经实现的300 mm(12吋)晶圆的均匀度跟量产性也能达到同一等级。

ALLOS打造的300mm/12吋硅基Micro LED晶圆

除了继续投入300 mm晶圆研发,ALLOS近来也宣布跟阿布都拉国王科技大学KAUST合作,将共同开发硅基板的红光Micro LED。

KAUST团队在今年稍早宣布开发出一种晶体生长系统,能够产出高效率的InGaN红光Micro LED,而接下来则将与ALLOS合作,把此方法应用在硅基晶圆上,加速实现全彩Micro LED显示制造技术。

大尺寸硅晶圆降低成本,结合半导体技术翻转Micro LED生态系

谈及对于Micro LED技术的展望,Nishikawa强调:「采用大尺寸硅基晶圆跟结合半导体技术设备,将是加速Micro LED显示技术进入市场的关键。」

ALLOS也通过技术证明,200 mm的高均匀性且无裂痕的Micro LED硅晶圆已经可以量产,且同样的技术亦适用于更大尺寸的300 mm。Nishikawa指出,大尺寸硅晶圆不仅能降低单位面积的成本,还能导入更精细的半导体CMOS产线,无论在良率或成本上,都完胜传统LED的生产模式。因此,他认为结合半导体技术将是Micro LED量产的契机。

事实上,将半导体设备导入Micro LED制程也是当前许多厂商看好的方向。近来传出夏普开发的Micro LED显示器,即是采用鸿海集团内部的半导体技术打造而成。而TrendForce分析师储于超也曾指出,苹果可能会借用台积电的半导体设备来开发新的Micro LED转移技术。

而ALLOS的硅晶圆技术,将加快驱动Micro LED与半导体技术的整合,也有望替为Micro LED异质界面增添更多解决方案。目前ALLOS正携手产业链合作伙伴,继续推进大尺寸晶圆开发,进一步降低Micro LED显示器的制造成本,并期盼延伸更多合作机会,将Micro LED硅晶圆技术发扬光大。(文:LEDinside)

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