硅基氮化鎵晶圓搭配半導體技術(shù)，ALLOS將掀起Micro LED產(chǎn)業(yè)革命｜LEDinside訪(fǎng)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)出現初代樣品，但受限于超高難度的制造過(guò)程，至今仍被業(yè)界視為「夢(mèng)幻級產(chǎn)品」。近年來(lái)，在大廠(chǎng)領(lǐng)軍推動(dòng)下，雖然已經(jīng)有愈來(lái)愈多的樣品持續現蹤，不過(guò)要真正進(jìn)入到市場(chǎng)消費端，根據業(yè)內人士推估，還要至少3年以上的時(shí)間。

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

不過(guò)，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挑戰的關(guān)鍵，能夠突破現存的良率限制，迎矢量產(chǎn)目標。

ALLOS技術(shù)長(cháng)Atsushi Nishikawa博士接受LEDinside專(zhuān)訪(fǎng)，說(shuō)明他們力推的GaN-on-Si硅基氮化鎵技術(shù)如何徹底顛覆現今Micro LED制程技術(shù)的發(fā)展路徑，并開(kāi)創(chuàng )全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系。

ALLOS技術(shù)長(cháng)Atsushi Nishikawa博士；圖片來(lái)源：ALLOS

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

ALLOS目前正積極推動(dòng)在Micro LED顯示技術(shù)上導入GaN-on-Si硅基氮化鎵晶圓應用，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認為，采用硅基晶圓將是Micro LED技術(shù)推進(jìn)的關(guān)鍵解方。

「以硅基板來(lái)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(chǎng)商便能與半導體晶圓代工廠(chǎng)商合作，使用已經(jīng)成熟的半導體設備來(lái)處理微小的Micro  LED芯片，毋須另外投資新設備且能達到更高精度。此外，處理AR應用的單片晶圓微顯示器時(shí)，更大尺寸的硅基板LED晶圓能夠直接結合CMOS驅動(dòng)背板，不需再經(jīng)過(guò)多次轉移步驟。最后，在轉移完成時(shí)，移除硅基板的技術(shù)也比分離藍寶石基板更為成熟，省去弱化結構以及雷射分離等可能影響LED芯片發(fā)光效率的方法。

ALLOS說(shuō)明硅晶圓LED能達成更有效率的Micro LED制程

換言之，目前Micro LED顯示技術(shù)所面對的主要難題，包括巨量轉移、芯片檢測以及驅動(dòng)整合等，大多能通過(guò)整合硅基晶圓LED，以及半導體設備技術(shù)來(lái)改善。

不過(guò)，一旦將目標放在使用大尺寸硅基LED并采用半導體制程技術(shù)來(lái)直接整合驅動(dòng)背板時(shí)，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(shí)現高均勻性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)標準！」Nishikawa強調，ALLOS的技術(shù)能夠重復生產(chǎn)波長(cháng)一致性非常高的200 mm晶圓，波長(cháng)標準差皆低于 1 nm。

Nishikawa說(shuō)明，大尺寸的硅晶圓LED挑戰非常高，因為發(fā)光波長(cháng)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(cháng)一致性就會(huì )改變。更麻煩的是，晶圓在冷卻的過(guò)程中，形狀也會(huì )變化且很容易因此碎裂。而ALLOS則通過(guò)獨家應變工程技術(shù)，來(lái)補強芯片在冷卻中改變形狀的問(wèn)題。

ALLOS的應變工程技術(shù)能?chē)栏竦乜刂茰囟?，并設計出完美的弧度，讓芯片在經(jīng)過(guò)冷卻過(guò)程后，能達到完全平坦。

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

ALLOS打造的300mm/12吋硅基Micro LED晶圓

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

KAUST團隊在今年稍早宣布開(kāi)發(fā)出一種晶體生長(cháng)系統，能夠產(chǎn)出高效率的InGaN紅光Micro LED，而接下來(lái)則將與ALLOS合作，把此方法應用在硅基晶圓上，加速實(shí)現全彩Micro LED顯示制造技術(shù)。

大尺寸硅晶圓降低成本，結合半導體技術(shù)翻轉Micro LED生態(tài)系

談及對于Micro LED技術(shù)的展望，Nishikawa強調：「采用大尺寸硅基晶圓跟結合半導體技術(shù)設備，將是加速Micro LED顯示技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵?！?/p>

ALLOS也通過(guò)技術(shù)證明，200 mm的高均勻性且無(wú)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，還能導入更精細的半導體CMOS產(chǎn)線(xiàn)，無(wú)論在良率或成本上，都完勝傳統LED的生產(chǎn)模式。因此，他認為結合半導體技術(shù)將是Micro  LED量產(chǎn)的契機。

事實(shí)上，將半導體設備導入Micro LED制程也是當前許多廠(chǎng)商看好的方向。近來(lái)傳出夏普開(kāi)發(fā)的Micro  LED顯示器，即是采用鴻海集團內部的半導體技術(shù)打造而成。而TrendForce分析師儲于超也曾指出，蘋(píng)果可能會(huì )借用臺積電的半導體設備來(lái)開(kāi)發(fā)新的Micro  LED轉移技術(shù)。

而ALLOS的硅晶圓技術(shù)，將加快驅動(dòng)Micro LED與半導體技術(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，繼續推進(jìn)大尺寸晶圓開(kāi)發(fā)，進(jìn)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(huì )，將Micro LED硅晶圓技術(shù)發(fā)揚光大。（文：LEDinside）