硅衬底氮化镓加持，Micro LED时代加速到来

Micro LED被誉为新世代显示技术，但目前仍面临关键技术、良率、和成本的挑战。

微米级的Micro LED已经脱离了常规LED工艺，迈入类IC制程。相对其它竞争方案，大尺寸硅衬底氮化镓（GaN）Micro LED技术在制程良率、圆晶成本、IC工艺兼容度等方面具有显著优势，已成为业内公认的重要技术路线之一。

当前，Plessey、ALLOS 、STRATACACHE、Aledia、MICLEDI等国际企业都在专注于硅衬底Micro LED的开发。在国内，以晶能光电为产业界代表，硅衬底Micro LED技术开发同样汇聚了强大的推动力量。

在2022集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会上，晶能光电外延工艺经理周名兵详细介绍了公司在硅衬底氮化镓Micro LED外延和芯片方面的进展。

大尺寸硅衬底GaN技术

助力Micro LED产业化

周名兵指出，Micro LED显示技术在亮度、光效、可靠性、响应时间、色彩饱和度等方面具有优势，应用范围覆盖AR、HUD、透明显示、柔性显示，可穿戴设备、高端显示屏等等。

据TrendForce集邦咨询调研，到2026年，预估Micro LED AR智慧眼镜微显模组产值将达3,830万美元，Micro LED高端显示屏的芯片产值将达45亿美元。

据悉，目前Micro LED仍面临着来自技术和成本的双重挑战。据悉，业界仍需克服红光光效、激光转移、晶圆键合、全彩化、检测和修复等技术挑战。周名兵认为，硅衬底GaN技术可以极大提升Micro LED的制程良率。对Micro LED而言，硅衬底GaN技术相对传统的蓝宝石衬底GaN技术拥有某些关键优势，包括大尺寸上的波长一致性、衬底无损去除、晶圆翘曲控制、CMOS键合良率等等。

周名兵认为，从市场渗透率的要求来看， 到2027年Micro LED芯片和模组的综合成本需要降低95%。8英寸及以上的硅衬底GaN技术。结合高生产率的成熟类IC制程，将是实现Micro LED生产成本大幅度下降的唯一途径。

他解释，衬底尺寸从4英寸升级到8英寸，单位圆晶面积上产出的芯片数量将增加25%；从8英寸升级到12英寸，单位圆晶面积的芯片产出将再增加15%。采用8英寸硅衬底GaN圆晶，每个Micro LED微显模组的BOM成本只有4英寸蓝宝石方案的30%（含外延，芯片和CMOS背板）。

深耕硅衬底氮化镓，

晶能光电突破Micro LED技术

晶能光电深耕硅衬底GaN产业化技术十五余年，产品线覆盖外延、芯片、器件、模组链条。公司的硅衬底GaN LED已广泛应用于手机闪光灯，移动照明、车载照明和显示、mini直显，得到了市场的高度认可。据悉，晶能光电的硅衬底GaN基LED外延产品已成功从4英寸升级到8英寸。

周名兵介绍，为了提高硅衬底上GaN的晶体质量，晶能光电不断开发创新的GaN外延技术，如通过采用异质外延的应力积累和释放模型优化生长，利用晶格应力诱导位错反应，在总外延层厚度5微米条件下，可以稳定量产位错密度~1.5E8/c㎡的硅衬底GaN外延片；晶能光电还通过采用薄buffer技术获得总厚度超过8微米的低翘曲8英寸硅衬底GaN 外延层，为制备高性能的硅衬底GaN光电器件提供了关键的大尺寸材料平台。

晶能光电也在不断开发具有自主知识产权的硅衬底LED器件技术。周名兵指出，晶能光电主要采用硅垂直结构芯片工艺，通过Ag镜、光刻、刻蚀、ITO、去硅、bonding等特色工艺获得高良率，高光效的垂直器件。

周名兵特别提到，晶能光电正在积极开展针对Micro LED全彩技术的攻关。据悉，目前，业界实现Micro LED的全彩化的技术途径包括：

1、全InGaN方案。该方案中，蓝光和绿光属于InGaN体系，晶能光电已成功实现高效的蓝绿光LED；而红光LED是Micro LED技术的重大瓶颈之一，晶能光电在InGaN红光的开发上已取得初步成果，目前正在和合作伙伴进行InGaN红光器件性能的进一步提升。

2、QD色转换。该方案主要是蓝光Micro LED+QD或紫光Micro LED+QD。晶能光电正在和合作伙伴一起开发单片全彩的QDCC Micro LED方案。

3.、InGaN蓝、绿光Micro LED和AlGaInP红光Micro LED组合。

“要实现低成本、高良率、高可靠性的Micro LED，大尺寸的硅外延技术是比较重要的实现途径。”周名兵再次强调，晶能光电在大尺寸硅衬底上的GaN外延技术深度耕耘，目前已开发了从365nm到650nm全色系8英寸硅衬底LED外延片，并在外延参数、器件光效、一致性、可靠性等关键方面进行了全方位的优化。

晶能光电于2021年9月成功制备了红、绿、蓝三基色硅衬底Micro LED阵列，在Micro LED全彩芯片开发上迈出了关键的一步。

在此基础上，晶能光电于2022年成功制备8μm pitch像素矩阵并进行切割，实现了R、G、B三基色Micro LED矩阵的点亮。据悉，晶能光电即将推出键合在CMOS底板上的Micro LED微显屏。