京瓷公司 通過新工藝實現(xiàn)GaN系微光源100μm長激光
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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。成功實現(xiàn)了100μm長激光的諧振。
(左)此次開發(fā)的100μm長激光諧振的情形。(右上)Micro LED的放大圖。(右下)100μm長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，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 萬片。預(yù)計芯片市場將從 2021 年到 2026 年，年復(fù)合增長率約為 241%，達(dá)到 27 億美元?！?/span>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層的上面生長出一層GaN膜，將這個Device層與基板一起分割下來就是光源器件了。
不過，在制作更細(xì)微的光源時就會遇到下面這3個難題。
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層分割成一個一個的光源，再將Device層從基板上剝離出來?？墒?，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。在制作微光源的時候，正如上述所說需要在藍(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層上生長膜層，就容易受到基板的影響，缺陷密度會變高。
第3點(diǎn)是成本方面的難題。使用GaN基板或者藍(lán)寶石基板來制作就會出現(xiàn)成本方面的問題。但是，如果使用比藍(lán)寶石更廉價的Si基板的話，從基板上剝離Device層的困難程度就會顯著增加。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GaN層。上面覆蓋不會生長GaN層的材料，在中央形成一個開口部。然后再生長GaN層的膜，沒覆蓋到的部分就會作為GaN的成長核朝開口部上面生長。GaN層的成長核在初期階段會產(chǎn)生很多缺陷點(diǎn)，不過由于膜層是橫向生長的，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)，通過覆蓋上不會生長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)，因為生長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)，實現(xiàn)了從廉價的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)用于多個領(lǐng)域，相信在不久的將來，可以將高品質(zhì)低成本的微光源投入市場，推動新一代顯示器市場及激光市場的變革。
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