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介紹硅襯底GaN基Micro LED技術的發展情況

DT半導體 ? 來源:LEDinside ? 2023-04-26 10:16 ? 次閱讀

Micro LED新型顯示具有巨大市場前景,也面臨著一系列技術挑戰。選擇合理的產業化路線對推動Micro LED應用落地非常關鍵。晶能光電是大尺寸硅襯底氮化鎵Micro LED工藝路線的堅定實踐者。在2023集邦咨詢新型顯示產業研討會上,晶能光電外延工藝經理周名兵介紹了硅襯底GaN基Micro LED技術的發展情況。

在巨大市場前景下,Micro LED仍面臨很大技術挑戰

得益于在亮度、光效、可靠性、響應時間等方面的優勢,TrendForce集邦咨詢旗下光電研究處LEDinside十分看好Micro LED在高端直顯屏、輕量AR眼鏡、智慧手表、智慧駕駛座艙及透明顯示領域的產業潛力。

在Micro LED芯片端,至2024年各項顯示應用的芯片產值估計為5.42億美元;2025年Micro LED技術相對成熟后,行業產值將有爆發性的成長。

其中,AR近眼顯示光引擎是Micro LED的最大賽道,目前包括雷鳥、OPPO、小米、Vizux、李未可等企業均發布了搭載Micro LED技術的AR輕量眼鏡。然而,當下Micro LED技術在近眼顯示的應用仍面臨著諸多挑戰,包括:

1.微米級Micro LED芯片,特別是紅光芯片的外量子效率(EQE)仍有待提升;

2.Micro LED芯片生產成本高,良率低,壞點率高;

3.像素間亮度一致性差;

4.灰度響應/亮度漸變效果差;

5.尚無理想的全彩方案。

周名兵介紹,要實現Micro LED微顯技術的規模應用,必須針對上述技術難點提供完善的工程化解決方案。

從Micro LED的高密度、巨量化、和微型化特點來看,可以和硅IC工藝高度兼容的大尺寸硅襯底GaN技術脫穎而出,成為高PPI的Micro LED微顯技術的主流開發路線

與傳統的藍寶石襯底GaN技術相比,硅襯底GaN技術在晶圓尺寸、生產成本、制程良率、IC工藝兼容度、襯底無損去除等方面具有優勢,已被Metaverse(Plessey)、ALLOS、STRATACACHE、Samsung、MICLEDI、Aledia、Raysolve、Porotech、諾視、奧視微等國內外企業和科研院所廣泛采用。

深耕硅襯底LED產業,晶能光電不斷實現技術迭代

據了解,晶能光電成立于2006年,總部位于江西南昌,在上海、深圳分別設有辦事處。晶能光電擁有硅襯底LED原創技術,并已將其成功大規模產業化。

晶能光電作為全產業鏈IDM硅襯底光電器件制造商,目前已覆蓋外延、芯片、器件、模組全產業鏈,兼具研發、設計、制造、銷售一體化,產品的應用領域涵蓋汽車電子消費電子、微顯示、通用照明四大方向。

其中,外延、芯片產品包括垂直結構、倒裝結構的Mini/Micro LED芯片;器件產品包括陶瓷封裝產品、CSP封裝產品、Chip封裝產品、特種支架式封裝產品;模組產品則包括LED模組、汽車照明模組、TOF模組、微顯示模組。

周名兵重點介紹了公司在外延、芯片端的布局。據了解,晶能光電具有覆蓋365nm~650nm波段的大尺寸硅襯底GaN基近紫外、藍、綠、紅光外延片產品;同時,晶能光電也儲備了超低位錯密度的硅襯底GaN外延技術,以應對特殊應用對氮化鎵材料質量的高規格要求。“我們在硅襯底GaN外延層中可以實現低于1.5E8/cm2的位錯密度,這一水平處于國際領先;我們也可以做到硅襯底上超過8微米厚度的無裂紋氮化鎵外延量產。”

值得一提的是,近眼顯示光引擎需要將高PPI的Micro LED陣列與CMOS背板鍵合,因為標準CMOS工藝都是基于8英寸或者以上晶圓,LED外延廠商需提供標準襯底厚度的8英寸Micro LED外延片以匹配CMOS背板和后續鍵合工藝。

晶能光電積極投入硅襯底InGaN紅光外延技術開發。當下,傳統InGaAlP紅光Micro LED的光效和光衰是這一行業面臨的首要瓶頸,晶能光電的紅光LED(32mil)的峰值EQE達到13%,處于國際領先水平。雖然目前InGaN紅光效率仍達不到產業應用要求,但隨著產學研界廣泛地進行開發投入,預計這一技術將持續得到提升。

重點布局三大潛力應用,迎接廣闊市場

針對Mini RGB直顯應用,晶能光電推出了垂直結構的硅襯底GaN基藍光和綠光芯片,芯片高度與紅光芯片保持一致,且都是單面出光,產品在顯示對比度、發光角度方面有優異表現。目前已應用于P1.25超大Mini RGB直顯曲面大屏和交互式車用Mini RGB直顯屏。

針對輕量AR眼鏡上的Micro LED近眼顯示模組,晶能光電于2022年成功制備了12μm pitch像素矩陣,2023年又成功制備了5μm pitch三基色像素矩陣,即將發布可顯示動態圖像的全彩模組。

此外,晶能光電非常重視硅襯底LED技術在ADB矩陣大燈產品線上的拓展,目前該方案處于開發階段。

周名兵表示,晶能光電預計將在2023年中旬發布12英寸硅基氮化鎵LED外延片產品,并在未來不斷迭代。

最后,周名兵也介紹了晶能光電在CSP Mini芯片方面的進展。

據悉,CSP Mini技術是一種倒裝芯片技術,具有體積小、發光點小、高光密度的特點。應用方向上,晶能光電的CSP Mini背光產品主要面向電視和車載兩大市場。

其中,在電視方面,CSP Mini背光具有小角度出光、小發光面,減少OD值,整機厚度薄,高色域的特點,目前也進入了國內頭部的廠商;在車載方面,CSP Mini背光具有四面出光,發光角度大,減少背光模組的燈珠數量,高色域的特點。

結語

硅襯底GaN基LED技術難度大、開發時間長,完全依靠個別企業的獨立研發、在產業無人區探索。

但來到Micro LED爆發前夜上,硅襯底GaN技術具有大尺寸、低成本、高良率、無損去除襯底、IC制程兼容等諸多優勢,對于Micro LED產業化開發和應用推廣有著很大加持。

晶能光電擁有硅襯底GaN全鏈條產業化技術及完整知識產權。抓住Micro LED發展的機遇,晶能光電將和更多行業伙伴通力合作,更快突破硅襯底GaN Micro LED技術瓶頸,推動行業發展,實現合作共贏。





審核編輯:劉清

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原文標題:硅襯底氮化鎵技術如何推動Micro LED的產業化發展?

文章出處:【微信號:DT-Semiconductor,微信公眾號:DT半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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