红色microLED：更亮、更好

转向基于无砷AlInGaP的异质结构增强了红色microLED的关键特性，同时保留了其与CMOS加工线的兼容性。

作者：理查德·史蒂文森，《化合物半导体》编辑

人们对基于microLED的显示器的兴趣非常高。这些微型奇迹的巨大功能——包括卓越的效率、简单的尺寸缩放方法和令人难以置信的长寿命——使它们在多种形式的显示器中非常有吸引力，从智能手表和增强现实眼镜到电视和视频墙。

然而，在所有这些类型的显示器上实现商业成功并不容易。为了生产更大的显示器，必须挑选和放置数以百万计的微小红色、绿色和蓝色LED，但这项任务使用当今工具的完成速度还不尽人意。

更有可能的是，部署microLED的显示器的首次重大销售将来自增强现实技术的采用。对于这种类型的应用，在硅晶圆上形成的单色LED阵列可以粘合到驱动像素的“背板”IC上——通过光学技术将红、绿、蓝阵列的发射汇集在一起，构建彩色图像。

这种方法的挑战在于产生有效的红光发射。不可能将用于汽车刹车灯等的传统红光LED缩小到微米级，因为这些既定的器件含有砷，而这在CMOS生产线中是被禁止的。容易想到的替代方案，是在蓝色和绿色中表现出色的基于氮化物的器件的发射范围扩大到红色，但这导致了效率的急遽下降。

有一种方法可以避免这两个陷阱：用基于AlInGaP并在硅上生长的无砷堆栈制造红色microLED。这就是imec子公司Micledi开发的开创性技术，该公司于今年1月初在拉斯维加斯举行的消费电子展（CES）上公布了其胜利成果。相较于在较短的波长下发出更广泛辐射的、该公司更传统的、基于GaN的红色microLED，以这种方式生产的器件是一个更引人注目的替代品。

Micledi的首款AlInGaP microLED的发射峰值为653nm。据该公司的业务发展副总裁Harold Blomquist的说法，这可能比所需的波长高出约15-20纳米。但是，他说，保有额外的余量是件好事。

除了能大幅延伸到更长的波长外，Micledi的AlInGaP microLED还提供更窄的光谱宽度，半最大值的全宽低于9 nm，而基于氮化物的microLED全宽则小于50 nm。这种光谱纯度的提高有助于将更多的发射光引入视角，这要归功于较少的色散。

这家总部位于比利时的公司决定开发AlInGaP microLED，因为他们推断它们可能比其氮化物同胞更有前途，尽管许多团体已经研究了多年，但氮化物microLED的进展缓慢。Micledi与合作伙伴合作，并进行了至少一年以上的努力，才有了最近的成功。

该公司显示器的生产始于从各种供应商处采购外延片。“外延材料对我们而言真是不可知，因为好的外延材料有 6 英寸晶圆，也有 8 英寸晶圆，我们希望使用最好的外延材料。”Blomquist 说。

外延片被切成显示器大小的芯片，这些芯片被粘合到300毫米的载体晶圆上并被发送到半导体晶圆厂，在那里300毫米的光刻技术定义了microLED的尺寸。这种方法确保了非常严格的工艺控制和每块晶圆出色的可重复性。

Blomquist说，不久以前，在300毫米晶圆厂中获得一条产线远非易事，但时代已经发生了明显变化，“我们不再受18到24个月售罄的制造型材的约束。如今，人们更加开放地将[加工我们的材料]视为利用旧工艺节点的一种方式。”

目前前景最大的行业，即采用microLED增强现实技术的时尚眼镜，仍有待出现。但通过Vuzix和Magic Leap等公司推出的产品，这项技术的变体开始出现在工业和企业领域，这两家公司都是CES的参展商。

在工业领域，增强现实眼镜能够帮助操作员在工作岗位上的能力，提供指导、说明，并提供操作的图像；在医学领域，他们可以支持外科医生，他们能更好地与手术室外的其他医疗专业人员交流意见。

虽然有些人对AR眼镜是否会在消费者中流行持怀疑态度——有些人肯定会回避这种身临其境的体验——但Blomquist坚持认为这项技术将起飞。他相信，AR眼镜将成为年轻一代的必备品，他们将陶醉于阅读最新消息和关注社交媒体，而手机仍留在口袋里。

在这场革命发生之前，必须提高显示器的亮度，同时削减其工作功率、尺寸和重量。

除了这些长期目标，Micledi还有一个基于驾驶技术的目标。该公司目前使用的是无源矩阵，它在照明、图像和设备表征方面提供了很大的灵活性。“但我们正在非常认真地推出ASIC背板，以便在年中之后将有源矩阵解决方案推向市场。”

随着多方面的进步，Micledi注定要成为microLED显示器发展的关键参与者。