矽基氮化鎵晶圓搭配半導體技術,ALLOS掀起Micro LED產業革命

2020-12-20 騰訊網

圖片來源：拍信圖庫

能達到高解析度、高對比度、高亮度顯示效果的Micro LED顯示器，早在2012年就已經出現初代樣品，但受限於超高難度的製造過程，至今仍被業界視為「夢幻級產品」。近年來，在大廠領軍推動下，雖然已經有愈來愈多的樣品持續現蹤，不過要真正進入到市場消費端，根據業內人士推估，還要至少3年以上的時間。

為突破Micro LED顯示技術發展，勢必得解決巨量轉移製程這個大難關。目前已經有許多技術單位開發出不同取向的轉移方式，包括轉印、流體組裝、噴墨列印等等，但這些方法在後續的Micro LED晶片處理過程中，始終受限於低良率，難以達到量產需求。

不過，德國的磊晶技術公司ALLOS跳出既有框架，指出其GaN-on-Si矽基氮化鎵LED的技術，將成為解決上述各種Micro LED挑戰的關鍵，能夠突破現存的良率限制，迎矢量產目標。

ALLOS技術長Atsushi Nishikawa博士接受LEDinside專訪，說明他們力推的GaN-on-Si矽基氮化鎵技術如何徹底顛覆現今Micro LED製程技術的發展路徑，並開創全新的產業生態系。

ALLOS技術長 Atsushi Nishikawa博士

拋開藍寶石基板，用GaN-on-Si晶圓跳出當前Micro LED製程限制

ALLOS目前正積極推動在Micro LED顯示技術上導入GaN-on-Si矽基氮化鎵晶圓應用，走出另一條與既有的藍寶石基板LED晶圓技術完全不同的道路。Nishikawa認為，採用矽基晶圓將是Micro LED技術推進的關鍵解方。

「以矽基板來取代藍寶石製造Micro LED晶片，能夠大幅增加良率跟成本優勢」Nishikawa指出，以矽基版製作的LED晶片，在Micro LED顯示製程上具備三大優勢。

首先，若採用矽基晶圓，LED晶片廠商便能與半導體晶圓代工廠商合作，使用已經成熟的半導體設備來處理微小的Micro LED晶片，毋須另外投資新設備且能達到更高精度。此外，處理AR應用的單片晶圓微顯示器時，更大尺寸的矽基板LED晶圓能夠直接結合CMOS驅動背板，不需再經過多次轉移步驟。最後，在轉移完成時，移除矽基板的技術也比分離藍寶石基板更為成熟，省去弱化結構以及雷射分離等可能影響LED晶片發光效率的方法。

ALLOS說明矽晶圓LED能達成更有效率的Micro LED製程

換言之，目前Micro LED顯示技術所面對的主要難題，包括巨量轉移、晶片檢測以及驅動整合等，大多能通過整合矽基晶圓LED，以及半導體設備技術來改善。

不過，一旦將目標放在使用大尺寸矽基LED並採用半導體製程技術來直接整合驅動背板時，晶圓本身的均勻性就更加重要，而這也是ALLOS的技術核心。

獨家技術實現高均勻性200 mm矽基晶圓，攜手KAUST研發紅光LED

「ALLOS的200mm（8吋）GaN-on-Si晶圓已經可以達成量產標準！」Nishikawa強調，ALLOS的技術能夠重複生產波長一致性非常高的200 mm晶圓，波長標準差皆低於 1 nm。

Nishikawa說明，大尺寸的矽晶圓LED挑戰非常高，因為發光波長的差異非常容易受到多量子井的溫度變異影響。即便溫度只有些微改變，晶圓的均勻度跟波長一致性就會改變。更麻煩的是，晶圓在冷卻的過程中，形狀也會變化且很容易因此碎裂。而ALLOS則通過獨家應變工程技術，來補強晶片在冷卻中改變形狀的問題。

ALLOS的應變工程技術能嚴格地控制溫度，並設計出完美的弧度，讓晶片在經過冷卻過程後，能達到完全平坦。

目前ALLOS已經能夠產出波長一致性低於0.6 nm的200 mm Micro LED晶圓，且完全沒有裂紋。而其反覆產出波長均一性低於1 nm的晶圓，也證實了其技術的量產能力。現階段ALLOS正試圖讓已經實現的300 mm（12吋）晶圓的均勻度跟量產性也能達到同一等級。

ALLOS打造的300mm/12吋矽基Micro LED晶圓

除了繼續投入300 mm晶圓研發，ALLOS近來也宣布跟阿布都拉國王科技大學KAUST合作，將共同開發矽基板的紅光Micro LED。

KAUST團隊在今年稍早宣布開發出一種晶體生長系統，能夠產出高效率的InGaN紅光Micro LED，而接下來則將與ALLOS合作，把此方法應用在矽基晶圓上，加速實現全彩Micro LED顯示製造技術。

大尺寸矽晶圓降低成本，結合半導體技術翻轉Micro LED生態系

談及對於Micro LED技術的展望，Nishikawa強調：「採用大尺寸矽基晶圓跟結合半導體技術設備，將是加速Micro LED顯示技術進入市場的關鍵。」

ALLOS也通過技術證明，200 mm的高均勻性且無裂痕的Micro LED矽晶圓已經可以量產，且同樣的技術亦適用於更大尺寸的300 mm。Nishikawa指出，大尺寸矽晶圓不僅能降低單位面積的成本，還能導入更精細的半導體CMOS產線，無論在良率或成本上，都完勝傳統LED的生產模式。因此，他認為結合半導體技術將是Micro LED量產的契機。

事實上，將半導體設備導入Micro LED製程也是當前許多廠商看好的方向。近來傳出夏普開發的Micro LED顯示器，即是採用鴻海集團內部的半導體技術打造而成。而TrendForce分析師儲於超也曾指出，蘋果可能會借用臺積電的半導體設備來開發新的Micro LED轉移技術。

而ALLOS的矽晶圓技術，將加快驅動Micro LED與半導體技術的整合，也有望替為Micro LED異質界面增添更多解決方案。目前ALLOS正攜手產業鏈合作夥伴，繼續推進大尺寸晶圓開發，進一步降低Micro LED顯示器的製造成本，並期盼延伸更多合作機會，將Micro LED矽晶圓技術發揚光大。

文稿來源：LEDinside

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