硅基氮化鎵晶圓搭配半導(dǎo)體技術(shù)，ALLOS將掀起Micro LED產(chǎn)業(yè)革命｜LEDinside訪談

能達到高分辨率、高對比度、高亮度顯示效果的Micro  LED顯示器，早在2012年就已經(jīng)出現(xiàn)初代樣品，但受限于超高難度的制造過程，至今仍被業(yè)界視為「夢幻級產(chǎn)品」。近年來，在大廠領(lǐng)軍推動下，雖然已經(jīng)有愈來愈多的樣品持續(xù)現(xiàn)蹤，不過要真正進入到市場消費端，根據(jù)業(yè)內(nèi)人士推估，還要至少3年以上的時間。

為突破Micro LED顯示技術(shù)發(fā)展，勢必得解決巨量轉(zhuǎn)移制程這個大難關(guān)。目前已經(jīng)有許多技術(shù)單位開發(fā)出不同取向的轉(zhuǎn)移方式，包括轉(zhuǎn)印、流體組裝、噴墨打印等等，但這些方法在后續(xù)的Micro LED芯片處理過程中，始終受限于低良率，難以達到量產(chǎn)需求。

不過，德國的磊晶技術(shù)公司ALLOS跳出既有框架，指出其GaN-on-Si硅基氮化鎵LED的技術(shù)，將成為解決上述各種Micro LED挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，能夠突破現(xiàn)存的良率限制，迎矢量產(chǎn)目標(biāo)。

ALLOS技術(shù)長Atsushi Nishikawa博士接受LEDinside專訪，說明他們力推的GaN-on-Si硅基氮化鎵技術(shù)如何徹底顛覆現(xiàn)今Micro LED制程技術(shù)的發(fā)展路徑，并開創(chuàng)全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系。

拋開藍寶石基板，用GaN-on-Si晶圓跳出當(dāng)前Micro LED制程限制

ALLOS目前正積極推動在Micro LED顯示技術(shù)上導(dǎo)入GaN-on-Si硅基氮化鎵晶圓應(yīng)用，走出另一條與既有的藍寶石基板LED晶圓技術(shù)完全不同的道路。Nishikawa認(rèn)為，采用硅基晶圓將是Micro LED技術(shù)推進的關(guān)鍵解方。

「以硅基板來取代藍寶石制造Micro LED芯片，能夠大幅增加良率跟成本優(yōu)勢」Nishikawa指出，以硅基版制作的LED芯片，在Micro LED顯示制程上具備三大優(yōu)勢。

首先，若采用硅基晶圓，LED芯片廠商便能與半導(dǎo)體晶圓代工廠商合作，使用已經(jīng)成熟的半導(dǎo)體設(shè)備來處理微小的Micro  LED芯片，毋須另外投資新設(shè)備且能達到更高精度。此外，處理AR應(yīng)用的單片晶圓微顯示器時，更大尺寸的硅基板LED晶圓能夠直接結(jié)合CMOS驅(qū)動背板，不需再經(jīng)過多次轉(zhuǎn)移步驟。最后，在轉(zhuǎn)移完成時，移除硅基板的技術(shù)也比分離藍寶石基板更為成熟，省去弱化結(jié)構(gòu)以及雷射分離等可能影響LED芯片發(fā)光效率的方法。

換言之，目前Micro LED顯示技術(shù)所面對的主要難題，包括巨量轉(zhuǎn)移、芯片檢測以及驅(qū)動整合等，大多能通過整合硅基晶圓LED，以及半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)來改善。

不過，一旦將目標(biāo)放在使用大尺寸硅基LED并采用半導(dǎo)體制程技術(shù)來直接整合驅(qū)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(shù)核心。

獨家技術(shù)實現(xiàn)高均勻性200 mm硅基晶圓，攜手KAUST研發(fā)紅光LED

「ALLOS的200mm（8吋）GaN-on-Si晶圓已經(jīng)可以達成量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)！」Nishikawa強調(diào)，ALLOS的技術(shù)能夠重復(fù)生產(chǎn)波長一致性非常高的200 mm晶圓，波長標(biāo)準(zhǔn)差皆低于 1 nm。

Nishikawa說明，大尺寸的硅晶圓LED挑戰(zhàn)非常高，因為發(fā)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(yīng)變工程技術(shù)，來補強芯片在冷卻中改變形狀的問題。

ALLOS的應(yīng)變工程技術(shù)能嚴(yán)格地控制溫度，并設(shè)計出完美的弧度，讓芯片在經(jīng)過冷卻過程后，能達到完全平坦。

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

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

KAUST團隊在今年稍早宣布開發(fā)出一種晶體生長系統(tǒng)，能夠產(chǎn)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(yīng)用在硅基晶圓上，加速實現(xiàn)全彩Micro LED顯示制造技術(shù)。

大尺寸硅晶圓降低成本，結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)翻轉(zhuǎn)Micro LED生態(tài)系

談及對于Micro LED技術(shù)的展望，Nishikawa強調(diào)：「采用大尺寸硅基晶圓跟結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)設(shè)備，將是加速Micro LED顯示技術(shù)進入市場的關(guān)鍵?！?/p>

ALLOS也通過技術(shù)證明，200 mm的高均勻性且無裂痕的Micro LED硅晶圓已經(jīng)可以量產(chǎn)，且同樣的技術(shù)亦適用于更大尺寸的300  mm。Nishikawa指出，大尺寸硅晶圓不僅能降低單位面積的成本，還能導(dǎo)入更精細的半導(dǎo)體CMOS產(chǎn)線，無論在良率或成本上，都完勝傳統(tǒng)LED的生產(chǎn)模式。因此，他認(rèn)為結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)將是Micro  LED量產(chǎn)的契機。

事實上，將半導(dǎo)體設(shè)備導(dǎo)入Micro LED制程也是當(dāng)前許多廠商看好的方向。近來傳出夏普開發(fā)的Micro  LED顯示器，即是采用鴻海集團內(nèi)部的半導(dǎo)體技術(shù)打造而成。而TrendForce分析師儲于超也曾指出，蘋果可能會借用臺積電的半導(dǎo)體設(shè)備來開發(fā)新的Micro  LED轉(zhuǎn)移技術(shù)。

而ALLOS的硅晶圓技術(shù)，將加快驅(qū)動Micro LED與半導(dǎo)體技術(shù)的整合，也有望替為Micro  LED異質(zhì)界面增添更多解決方案。目前ALLOS正攜手產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，繼續(xù)推進大尺寸晶圓開發(fā)，進一步降低Micro  LED顯示器的制造成本，并期盼延伸更多合作機會，將Micro LED硅晶圓技術(shù)發(fā)揚光大。（文：LEDinside）