京瓷开发新型GaN激光芯片

该公司推出了一种新的工艺，用于制造100微米长的微型光源

京瓷开发了一种新的薄膜工艺技术，用于为GaN基微光源（包括短腔激光器和micro-LED）制造独特的硅衬底。

微型光源是一种边长小于100微米的光源。示例包括短腔激光器和micro-LED。由于微型光源具有更高的清晰度、更小的尺寸和更轻的重量，因此被认为是下一代汽车显示器、可穿戴智能眼镜、通信设备和医疗设备的关键。

基于GaN的光源器件，包括micro-LED和激光器，通常是在蓝宝石和GaN衬底上制造的。传统工艺包括通过在受控气体气氛中将蓝宝石衬底加热到高温（1000℃或更高），在蓝宝石衬底上直接形成用于光源的薄GaN器件层。然后必须移除器件层，或从衬底上“剥离”，以创建基于GaN的微光源器件。然而，尽管对小型设备的需求不断增加，但这一过程在不久的将来实现小型化目标的能力面临三个不同的挑战：

在micro-LED的情况下，当前的工艺需要困难的步骤将器件层分成衬底上的单个光源；然后将器件层与衬底分离。随着装置变小，这种剥离过程的技术挑战可能导致不可接受的低产量。

微光源的制造也存在问题，因为器件层必须沉积在蓝宝石、硅或具有不同于器件层的晶体结构的其他材料上。这造成了高缺陷密度和固有的质量控制挑战。

京瓷公司在位于日本京都的先进材料和设备研究所成功开发了新的工艺技术。首先，它在Si衬底上生长GaN层，该GaN层可以以低成本大量获得。然后用非生长材料掩模GaN层，该材料在中心具有开口。此后，当在Si衬底上形成GaN层时，GaN核在掩模中的开口上方生长。作为生长核的GaN层在生长初期具有许多缺陷；但是，通过横向形成GaN层，可以产生具有低缺陷密度的高质量GaN层，并且可以从GaN层的低缺陷区域成功地制造器件。

用不生长的材料掩蔽GaN层抑制了Si衬底和GaN层之间的结合，大大简化了剥离过程。由于京瓷的工艺可以在比以前更宽的区域上沉积低缺陷GaN，因此可以连续制造高质量的器件层。京瓷表示，其新方法有助于GaN器件层与相对廉价的Si衬底的成功可靠分离，这将大大降低制造成本。