京瓷开发出小型的硅衬底GaN微光源

   近日，日本京都京瓷公司表示开发了一种新的薄膜工艺技术，用于制造基于氮化镓(GaN)微光源（边长小于100μm）的独特硅衬底，包括短腔激光芯片和Micro LED。

   由于具有更高清晰度、更小尺寸和更轻重量等关键性能优势，这种微型的光源被认为对下一代汽车显示器、可穿戴智能眼镜、通信设备和医疗设备至关重要。

   基于GaN的光源设备，包括Micro LED和激光，通常是在蓝宝石和GaN衬底上制造的。传统工艺涉及通过在受控气体气氛中将其加热到高温（1000°C或更高），直接在蓝宝石衬底上形成用于光源的薄GaN器件层。然后必须从衬底上移除（剥离）器件层以创建基于GaN的微光源器件。

   尽管对更小设备的需求不断增加，但仍有三个挑战仍威胁着该工艺在未来实现小型化：

   1、难以剥离器件层

   对于Micro LED，现有工艺需要复杂的步骤才能将器件层分成基板上的单个光源；然后，将器件层与基板分离。随着设备变得越来越小，这种剥离过程的技术挑战可能导致产量过低。

   2、高缺陷密度，质量不一致

   微光源的制造也存在问题，因为器件层必须沉积在蓝宝石、硅或其他晶体结构与器件层不同的材料上。这造成了高缺陷密度和固有的质量挑战。

   3、制造成本高

   GaN和蓝宝石衬底非常昂贵。尽管硅衬底的成本低于蓝宝石，但将器件层与硅衬底分离却极为困难。

   此前，京瓷也公布了其新工艺技术。使用硅作为极小的发光二极管（LED）的基板，代替昂贵的蓝宝石，能将成本降低到一半以下。并且这项技术有望普及到Micro LED。

   该技术是在硅衬底上生长了一个GaN层，可以以低成本大批量生产。然后用中心有开口的非生长材料掩蔽GaN层。此后，当在硅衬底上形成GaN层时，GaN核在掩模的开口上方生长。GaN层是生长核，在生长初期缺陷较多；但是，通过横向形成GaN层，可以创建具有低缺陷密度的高质量GaN层，并且可以从GaN层的这个低缺陷区域成功制造器件。

   京瓷将新工艺的优势列为：

   GaN器件层更容易剥离；

   具有低缺陷密度的高质量GaN器件层；

   降低制造成本。