京瓷公司 通過(guò)新工藝實(shí)現(xiàn)GaN系微光源100μm長(zhǎng)激光
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日期：2022/11/18 16:04:25
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京瓷公司10月17日發(fā)表的最新成果稱，已通過(guò)獨(dú)有的鍍膜技術(shù)開發(fā)出了一種新的設(shè)備工藝，用來(lái)制造GaN系微光源所需的Si基的獨(dú)立基板、以及使用該基板的GaN系微光源。成功實(shí)現(xiàn)了100μm長(zhǎng)激光的諧振。
(左)此次開發(fā)的100μm長(zhǎng)激光諧振的情形。(右上)Micro LED的放大圖。(右下)100μm長(zhǎng)激光的諧振器的放大圖。 (出處:京瓷官網(wǎng))
元件的一邊為100μm以下的光源被稱為微光源，其中代表性的有短諧振器激光和Micro LED。這些微光源具有高精細(xì)度、小型輕量化的優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于新一代的車載顯示器、智能屏幕、還有醫(yī)療、通信等領(lǐng)域。特別是Micro LED芯片領(lǐng)域，其市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大備受期待。根據(jù)去年集邦咨詢發(fā)表的《TrendForce 2022 Micro LED 自發(fā)光顯示趨勢(shì)及供應(yīng)商策略分析》稱：“到 2026 年，Micro LED 大尺寸顯示用 4 英寸晶圓將達(dá)到約 114 萬(wàn)片。預(yù)計(jì)芯片市場(chǎng)將從 2021 年到 2026 年，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為 241%，達(dá)到 27 億美元。”以往的GaN系光源器件的制作多是以藍(lán)寶石基板或者GaN基板。其工序就是先將基板加熱至1000度以上的高溫，然后供給原料氣體。接著就在光源Device層的上面生長(zhǎng)出一層GaN膜，將這個(gè)Device層與基板一起分割下來(lái)就是光源器件了。
不過(guò)，在制作更細(xì)微的光源時(shí)就會(huì)遇到下面這3個(gè)難題。
1.Device層難以剝離
2.缺陷密度高，造成品質(zhì)不一
3.制造成本高
第1點(diǎn)是制作方面的難題。要想制作出微光源，一般是需要在基板上把Device層分割成一個(gè)一個(gè)的光源，再將Device層從基板上剝離出來(lái)。可是，要將微小的器件從基板上剝離是極其困難的。第2點(diǎn)是品質(zhì)方面的難題。在制作微光源的時(shí)候，正如上述所說(shuō)需要在藍(lán)寶石基板或者Si基板上生成一層GaN層作為Device層的膜，可是為了在原子結(jié)構(gòu)相異的Device層上生長(zhǎng)膜層，就容易受到基板的影響，缺陷密度會(huì)變高。
第3點(diǎn)是成本方面的難題。使用GaN基板或者藍(lán)寶石基板來(lái)制作就會(huì)出現(xiàn)成本方面的問(wèn)題。但是，如果使用比藍(lán)寶石更廉價(jià)的Si基板的話，從基板上剝離Device層的困難程度就會(huì)顯著增加。于是京瓷公司開發(fā)出了一種采用特殊技術(shù)的新基板。首先是低成本，在可以大口徑化的Si基板上生長(zhǎng)GaN層。上面覆蓋不會(huì)生長(zhǎng)GaN層的材料，在中央形成一個(gè)開口部。然后再生長(zhǎng)GaN層的膜，沒覆蓋到的部分就會(huì)作為GaN的成長(zhǎng)核朝開口部上面生長(zhǎng)。GaN層的成長(zhǎng)核在初期階段會(huì)產(chǎn)生很多缺陷點(diǎn)，不過(guò)由于膜層是橫向生長(zhǎng)的，所以生成的GaN膜層就具有缺陷密度低、品質(zhì)高的優(yōu)點(diǎn)，在這個(gè)低缺陷區(qū)域就可以制作器件了。
新工藝的優(yōu)越性在于，它解決了上述3點(diǎn)難題。
1.Device層(GaN層)容易剝離
2.可以制作出缺陷密度低、品質(zhì)高的Device層(GaN層)
3.低廉的制造成本
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首先是第1點(diǎn)，通過(guò)覆蓋上不會(huì)生長(zhǎng)GaN層的材料，抑制基板與GaN的融合，使剝離變得更容易。第2點(diǎn)，因?yàn)樯L(zhǎng)出比以往更大面積的低缺陷區(qū)域膜層，使得制作品控性好、高品質(zhì)的Device層成為可能。第3點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了從廉價(jià)的Si基板上剝離Device層(GaN層)，削減了制造成本。
此次開發(fā)的含GaN層的基板新工藝概要圖 (出處:京瓷官網(wǎng))
另外，京瓷公司此次開發(fā)成功的微光源制造的模板技術(shù)（基板和工藝技術(shù)）可以廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，相信在不久的將來(lái)，可以將高品質(zhì)低成本的微光源投入市場(chǎng)，推動(dòng)新一代顯示器市場(chǎng)及激光市場(chǎng)的變革。
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