24 ноября 2022 г.
Корпорация Kyocera из Киото, Япония, разработала новую тонкопленочную технологию изготовления уникальных кремниевых подложек для микроисточников света на основе нитрида галлия (GaN) (со стороной менее 100 мкм), включая лазеры с коротким резонатором и микро- светодиоды.
Поскольку они предлагают ключевые преимущества в производительности, такие как более высокое разрешение, меньший размер и меньший вес, источники микросвета считаются необходимыми для автомобильных дисплеев следующего поколения, носимых умных очков, коммуникационного оборудования и медицинских устройств. TrendForce прогнозирует, что к 2026 году рынок только микро-светодиодных чипов вырастет с совокупным годовым темпом роста (CAGR) примерно на 241% до 2,7 млрд долларов.
Технические проблемы при создании микроисточников света
Источники света на основе GaN, как микро-светодиоды, так и лазеры, обычно изготавливаются на подложках из сапфира и GaN. Обычные процессы включают формирование тонкого слоя устройства GaN для источника света непосредственно на сапфировой подложке путем ее нагревания до высокой температуры (1000°C или выше) в контролируемой газовой атмосфере. Затем слой устройства должен быть удален (отслоен) от подложки, чтобы создать микроисточник света на основе GaN. Однако, несмотря на растущий спрос на устройства меньшего размера, три отдельные проблемы угрожают способности этого процесса достичь целей миниатюризации в ближайшем будущем:
-
Трудность в отслаивании слоя устройства
В случае микро-светодиодов существующие процессы требуют сложных шагов для разделения слоя устройства на отдельные источники света на подложке; а затем отделить слой устройства от подложки. По мере того, как устройства становятся меньше, техническая сложность этого процесса очистки может привести к неприемлемо низкому выходу.
-
Высокая плотность дефектов, непостоянное качество
Изготовление источников микросвета также проблематично, поскольку слои устройства должны быть нанесены на сапфир, кремний или другие материалы с кристаллической структурой, отличной от структуры слоя устройства. Это создает высокую плотность дефектов и неотъемлемые проблемы контроля качества.
-
Высокие производственные затраты
Подложки из GaN и сапфира очень дороги. Хотя кремниевые подложки стоят меньше, чем сапфировые, отделить слой устройства от кремниевой подложки чрезвычайно сложно.
Новый процесс, разработанный Kyocera
Kyocera разработала новый технологический процесс в своем Научно-исследовательском институте перспективных материалов и устройств в Киото. Во-первых, он выращивает слой GaN на кремниевой подложке, которая доступна в больших объемах по низкой цене. Затем слой GaN маскируют нерастущим материалом с отверстием в центре. После этого при формировании слоя GaN на кремниевой подложке зародыши GaN прорастают над отверстием в маске. Слой GaN, представляющий собой растущий зародыш, на начальной стадии роста имеет много дефектов; но, формируя слой GaN сбоку, можно создать высококачественные слои GaN с низкой плотностью дефектов, и устройства могут быть успешно изготовлены из этой области слоя GaN с низким содержанием дефектов.
Kyocera перечисляет преимущества нового процесса как:
-
Более легкое отслаивание слоя устройства GaN
Маскировка слоя GaN материалом, который не растет, подавляет сцепление между подложкой Si и слоем GaN, значительно упрощая процесс отслаивания.
-
Высококачественные слои устройства GaN с низкой плотностью дефектов
Поскольку процесс Kyocera позволяет осаждать GaN с низким уровнем дефектов на более широкой площади, чем раньше, возможно последовательное изготовление высококачественных слоев устройства.
-
Более низкие производственные затраты
Новый метод Kyocera способствует успешному и надежному отделению слоя устройства GaN от относительно недорогой кремниевой подложки, что значительно снижает производственные затраты.
Применения источников микросвета перечислены как:
-
Автомобильные прозрачные дисплеи нового поколения
В будущем появление автономного вождения создаст спрос на более яркие дисплеи с более высоким разрешением, энергоэффективные, более прозрачные и более дешевые.
-
Источники микросвета для AR/VR
Ожидается, что рынок источников микросвета, используемых в дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR), будет быстро расширяться. Умные очки и другие продукты разрабатываются для облегчения создания виртуальных пространств с помощью метавселенной в виртуальной реальности и «де-смартфонирования» в дополненной реальности. В то время как обычные полупроводниковые лазеры для AR были миниатюризированы до 300 мкм в длину, Kyocera заявляет, что впервые достигла размера всего 100 мкм. Это было достигнуто за счет разработки совершенно нового производственного процесса, который представляет собой эволюцию метода скалывания. Такой «новый метод скалывания» приводит к уменьшению размера примерно на 67% и помогает минимизировать энергопотребление. Полупроводниковые лазеры с меньшим энергопотреблением позволяют уменьшить размер и вес батареи, тем самым улучшив ее посадку.
Kyocera заявляет, что предложит широкий спектр платформ, подложек и технологических процессов, чтобы в ближайшем будущем вывести на рынок высококачественные и недорогие источники микросвета, поскольку она стремится преобразовать рынки дисплеев и лазеров следующего поколения с помощью новая платформа.
