高清晰小尺寸，日本開發(fā)最小的硅襯底GaN激光芯片

據(jù)業(yè)內(nèi)消息，近日日本京都京瓷公司開發(fā)了一種新的薄膜工藝技術(shù)，用于制造基于GaN的微光源(即邊長(zhǎng)<100μm)的獨(dú)特硅襯底，包括短腔激光器和微光LED。

因具有具有更高清晰度、更小尺寸以及更輕重量等關(guān)鍵性能優(yōu)勢(shì)，微光源被認(rèn)為是下一代汽車顯示器、可穿戴智能眼鏡、通信設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備的重要材料。

預(yù)計(jì)到2026年，僅Micro-LED芯片的市場(chǎng)就將以約241%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)至27億美元。

包括micro-LED和激光這類基于GaN的光源設(shè)備通常是在藍(lán)寶石和GaN襯底上制造的。

傳統(tǒng)工藝通過在受控氣體氣氛中將其加熱到(1000°C甚至更高)的高溫，直接在藍(lán)寶石襯底上形成用于光源的薄GaN器件層，然后必須從襯底上移除(剝離)器件層以創(chuàng)建基于GaN的微光源器件。

雖然更小設(shè)備是未來的趨勢(shì)而且其需求也不斷增加，但是目前3個(gè)技術(shù)門檻分別是：器件層難以剝離、高缺陷密度質(zhì)量參差、高制造成本。

對(duì)于Micro-LED，現(xiàn)有工藝需要困難的步驟才能將器件層分成基板上的單個(gè)光源，然后將器件層與基板分離，但是隨著設(shè)備變得越來越小，這種剝離過程的技術(shù)挑戰(zhàn)可能導(dǎo)致無法接受的低產(chǎn)量。

微光源的制造也存在問題，因?yàn)槠骷颖仨毘练e在藍(lán)寶石、硅或其他晶體結(jié)構(gòu)與器件層不同的材料上，這造成了高缺陷密度和固有的質(zhì)量控制挑戰(zhàn)。

GaN和藍(lán)寶石襯底非常昂貴，雖然硅襯底的成本低于藍(lán)寶石，但將器件層與硅襯底分離卻極為困難。

京瓷在其位于京都的先進(jìn)材料和器件研究所開發(fā)了新工藝技術(shù)，在硅襯底上生長(zhǎng)了一個(gè)GaN層，可以以低成本大批量生產(chǎn)，然后用中心有開口的非生長(zhǎng)材料掩蔽GaN層。

當(dāng)在硅襯底上形成GaN層時(shí)，GaN核在掩模的開口上方生長(zhǎng)。GaN層是生長(zhǎng)核，在生長(zhǎng)初期缺陷較多，但通過橫向形成GaN層可以創(chuàng)建具有低缺陷密度的高質(zhì)量GaN層，并且可以從GaN層的這個(gè)低缺陷區(qū)域成功制造器件。

京瓷將新工藝的優(yōu)勢(shì)列為：

GaN器件層更容易剝離

用不生長(zhǎng)的材料掩蔽GaN層可以抑制Si襯底和GaN層之間的結(jié)合，從而大大簡(jiǎn)化剝離過程。

具有低缺陷密度的高質(zhì)量GaN器件層

由于Kyocera的工藝可以在比以前更廣的區(qū)域沉積低缺陷GaN，因此可以一致地制造高質(zhì)量器件層。

降低制造成本

Kyocera的新方法促進(jìn)了GaN器件層與相對(duì)便宜的Si襯底的成功和可靠分離，這將大大降低制造成本。

微光源的應(yīng)用列舉如下：

下一代車用透明顯示器

未來隨著自動(dòng)駕駛的到來，對(duì)更亮、更清晰、更省電、更透明、更低成本的顯示器提出了需求。

用于AR/VR的微光源

用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)的微光源市場(chǎng)有望迅速擴(kuò)大正在開發(fā)智能眼鏡和其他產(chǎn)品，以通過VR中的虛擬世界和AR中的“去智能手機(jī)”來促進(jìn)虛擬空間的創(chuàng)建。

雖然用于AR的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器已經(jīng)小型化到長(zhǎng)度只有300微米，但京瓷表示它是第一個(gè)達(dá)到100微米尺寸的公司，其認(rèn)為這是通過開發(fā)一種全新的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)的，該工藝是切割方法的演變。

這種新穎的切割方法可使尺寸減小約67%，并有助于將功耗降至最低，具有較低功耗的半導(dǎo)體激光器可以減小電池的尺寸和重量，從而提高適配性。

京瓷認(rèn)為其提供廣泛的平臺(tái)、基板和工藝技術(shù)以在不久的將來將高質(zhì)量、低成本的微光源推向市場(chǎng)，因?yàn)樗哪繕?biāo)是利用新平臺(tái)。