京瓷公司 通过新工艺实现GaN系微光源100μm长激光

作者：网站管理员　来源：本站原创　日期：2022/11/18 16:04:25　点击：582　属于：行业新闻

京瓷公司10月17日发表的最新成果称，已通过独有的镀膜技术开发出了一种新的设备工艺，用来制造GaN系微光源所需的Si基的独立基板、以及使用该基板的GaN系微光源。成功实现了100μm长激光的谐振。

(左)此次开发的100μm长激光谐振的情形。(右上)Micro LED的放大图。(右下)100μm长激光的谐振器的放大图。 (出处:京瓷官网)

元件的一边为100μm以下的光源被称为微光源，其中代表性的有短谐振器激光和Micro LED。这些微光源具有高精细度、小型轻量化的优势，可以广泛应用于新一代的车载显示器、智能屏幕、还有医疗、通信等领域。特别是Micro LED芯片领域，其市场规模的扩大备受期待。根据去年集邦咨询发表的《TrendForce 2022 Micro LED 自发光显示趋势及供应商策略分析》称：“到 2026 年，Micro LED 大尺寸显示用 4 英寸晶圆将达到约 114 万片。预计芯片市场将从 2021 年到 2026 年，年复合增长率约为 241%，达到 27 亿美元。”

以往的GaN系光源器件的制作多是以蓝宝石基板或者GaN基板。其工序就是先将基板加热至1000度以上的高温，然后供给原料气体。接着就在光源Device层的上面生长出一层GaN膜，将这个Device层与基板一起分割下来就是光源器件了。

不过，在制作更细微的光源时就会遇到下面这3个难题。

1.Device层难以剥离

2.缺陷密度高，造成品质不一

3.制造成本高

第1点是制作方面的难题。要想制作出微光源，一般是需要在基板上把Device层分割成一个一个的光源，再将Device层从基板上剥离出来。可是，要将微小的器件从基板上剥离是极其困难的。

第2点是品质方面的难题。在制作微光源的时候，正如上述所说需要在蓝宝石基板或者Si基板上生成一层GaN层作为Device层的膜，可是为了在原子结构相异的Device层上生长膜层，就容易受到基板的影响，缺陷密度会变高。

第3点是成本方面的难题。使用GaN基板或者蓝宝石基板来制作就会出现成本方面的问题。但是，如果使用比蓝宝石更廉价的Si基板的话，从基板上剥离Device层的困难程度就会显著增加。

于是京瓷公司开发出了一种采用特殊技术的新基板。首先是低成本，在可以大口径化的Si基板上生长GaN层。上面覆盖不会生长GaN层的材料，在中央形成一个开口部。然后再生长GaN层的膜，没覆盖到的部分就会作为GaN的成长核朝开口部上面生长。GaN层的成长核在初期阶段会产生很多缺陷点，不过由于膜层是横向生长的，所以生成的GaN膜层就具有缺陷密度低、品质高的优点，在这个低缺陷区域就可以制作器件了。

 新工艺的优越性在于，它解决了上述3点难题。

1.Device层(GaN层)容易剥离

2.可以制作出缺陷密度低、品质高的Device层(GaN层)

3.低廉的制造成本

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首先是第1点，通过覆盖上不会生长GaN层的材料，抑制基板与GaN的融合，使剥离变得更容易。第2点，因为生长出比以往更大面积的低缺陷区域膜层，使得制作品控性好、高品质的Device层成为可能。第3点，实现了从廉价的Si基板上剥离Device层(GaN层)，削减了制造成本。

此次开发的含GaN层的基板新工艺概要图 (出处:京瓷官网)

另外，京瓷公司此次开发成功的微光源制造的模板技术（基板和工艺技术）可以广泛应用于多个领域，相信在不久的将来，可以将高品质低成本的微光源投入市场，推动新一代显示器市场及激光市场的变革。

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