據業內消息，近日日本京都京瓷公司開發了一種新的薄膜工藝技術，用于制造基于GaN的微光源(即邊長<100μm)的獨特硅襯底，包括短腔激光器和微光LED。

因具有具有更高清晰度、更小尺寸以及更輕重量等關鍵性能優勢，微光源被認為是下一代汽車顯示器、可穿戴智能眼鏡、通信設備和醫療設備的重要材料。

預計到2026年，僅Micro-LED芯片的市場就將以約241%的復合年增長率(CAGR)增長至27億美元。

包括micro-LED和激光這類基于GaN的光源設備通常是在藍寶石和GaN襯底上制造的。

傳統工藝通過在受控氣體氣氛中將其加熱到(1000°C甚至更高)的高溫，直接在藍寶石襯底上形成用于光源的薄GaN器件層，然后必須從襯底上移除(剝離)器件層以創建基于GaN的微光源器件。

雖然更小設備是未來的趨勢而且其需求也不斷增加，但是目前3個技術門檻分別是：器件層難以剝離、高缺陷密度質量參差、高制造成本。

對于Micro-LED，現有工藝需要困難的步驟才能將器件層分成基板上的單個光源，然后將器件層與基板分離，但是隨著設備變得越來越小，這種剝離過程的技術挑戰可能導致無法接受的低產量。

微光源的制造也存在問題，因為器件層必須沉積在藍寶石、硅或其他晶體結構與器件層不同的材料上，這造成了高缺陷密度和固有的質量控制挑戰。

GaN和藍寶石襯底非常昂貴，雖然硅襯底的成本低于藍寶石，但將器件層與硅襯底分離卻極為困難。

京瓷在其位于京都的先進材料和器件研究所開發了新工藝技術，在硅襯底上生長了一個GaN層，可以以低成本大批量生產，然后用中心有開口的非生長材料掩蔽GaN層。

當在硅襯底上形成GaN層時，GaN核在掩模的開口上方生長。GaN層是生長核，在生長初期缺陷較多，但通過橫向形成GaN層可以創建具有低缺陷密度的高質量GaN層，并且可以從GaN層的這個低缺陷區域成功制造器件。

京瓷將新工藝的優勢列為：

GaN器件層更容易剝離

用不生長的材料掩蔽GaN層可以抑制Si襯底和GaN層之間的結合，從而大大簡化剝離過程。

具有低缺陷密度的高質量GaN器件層

由于Kyocera的工藝可以在比以前更廣的區域沉積低缺陷GaN，因此可以一致地制造高質量器件層。

降低制造成本

Kyocera的新方法促進了GaN器件層與相對便宜的Si襯底的成功和可靠分離，這將大大降低制造成本。

微光源的應用列舉如下：

下一代車用透明顯示器

未來隨著自動駕駛的到來，對更亮、更清晰、更省電、更透明、更低成本的顯示器提出了需求。

用于AR/VR的微光源

用于增強現實(AR)和虛擬現實(VR)的微光源市場有望迅速擴大正在開發智能眼鏡和其他產品，以通過VR中的虛擬世界和AR中的“去智能手機”來促進虛擬空間的創建。

雖然用于AR的傳統半導體激光器已經小型化到長度只有300微米，但京瓷表示它是第一個達到100微米尺寸的公司，其認為這是通過開發一種全新的生產工藝實現的，該工藝是切割方法的演變。

這種新穎的切割方法可使尺寸減小約67%，并有助于將功耗降至最低，具有較低功耗的半導體激光器可以減小電池的尺寸和重量，從而提高適配性。

京瓷認為其提供廣泛的平臺、基板和工藝技術以在不久的將來將高質量、低成本的微光源推向市場，因為它的目標是利用新平臺。

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