加快Micro LED商用化,MOCVD扮演着重要角色

从产品开发进度来看,Micro LED近在咫尺,但从商用化时间来看,Micro LED又远在天涯。从最初的萌芽期发展到现阶段,Micro LED技术取得了很大的进步,市场上相关产品也相继浮出水面,但由于技术瓶颈和成本问题,Micro LED距离广泛普及还有很久。

根据集邦咨询LED研究中心(LEDinside)最新研究报告《2019 Micro LED次世代显示关键技术报告》,Micro LED技术虽面临众多的挑战,但对比两年前,目前的技术进展已经进步许多,早期的专利技术已经有实体样品展示机的出现。随着Micro LED技术的成熟,Micro LED商品化将逐渐加快。另外,Micro LED制造流程繁琐及要求更加精细,制程中所使用的原材料、制程耗材、生产设备、检测仪器及辅助治具等,需求规格严谨且精密度相对严格。

Micro LED的商用化,制程中的每个息息相关的环节都很重要,例如LED外延片制造的关键核心设备MOCVD。总部位于德国的MOCVD设备供应商爱思强一直致力于研发外延片等方面的技术,旨在推动Micro LED的大规模量产化,加速Micro LED产品应用打入市场。

关于Micro LED的应用,爱思强认为,TV显示面板将会是首先打开市场的商业化产品。其次,车用显示也是未来Micro LED比较大的应用市场。随着客户要求提高,升级车内显示的需求逐渐增多,如车内外信息的动态显示以及营造氛围增加人车互动等。其他应用市场包括智能手机、AR/VR、可穿戴式设备等。

良率和成本是阻碍Micro LED大规模量产的两大因素

爱思强表示,现阶段,与LCD和OLED相比,Micro LED不具备成本优势。降低成本涉及许多因素,如缺陷率和良率。由于Micro LED芯片尺寸超小,技术难度大,良率难以保证,故成本居高不下。尤其是红光的处理,因受限于材料与特性,红光良率低且可靠性不高,因此成本极高。

作为LED外延片制造的关键核心设备,MOCVD外延片生产良率涉及波长均匀性、翘曲管理(Bow Management)以及缺陷密度(Defects Density)等。

以传统显示LED芯片为例,分选环节占的成本比例较大,若能去掉此环节,成本将下降不少。至于Micro LED,由于生产流程及成本的问题,不可能存在分选环节,这就表明对波长均匀性的要求很高。为了实现Micro LED量产,MOCVD设备生产的所有外延片的波长范围需在4nm以内。

翘曲管理方面,爱思强认为,Micro LED会往6英寸以上方向发展,而6英寸的翘曲管理与4英寸的差别很大。无论是硅衬底或是蓝宝石衬底,都需要特殊的外延工艺来达到稳定的翘曲性能。

若波长均匀性保持在4nm范围内,翘曲管理小于50μm,缺陷密度控制在0.15/cm2以内,生产良率就能够得到保证。

MOCVD的C2C和In-Situ Cleaning技术,助力Micro LED商用化

在实现高产能及低成本方面,爱思强的自动卡匣式(C2C)晶圆传输模块技术,可以实现8x6英寸或5x8英寸GaN-on-Si晶圆在封闭的卡匣环境中的自动加载和移除,提高产量的同时保证了外延片的颗粒密度。

图1: G5+C C2C传输模块

此外,爱思强MOCVD设备具备自动原位清洁(In-Situ Cleaning)技术,该技术可确保设备在每次运行时都处于清洁状态,保证了外延片的低缺陷密度率并显著减少停机维护时间,保证高良率,从而降低生产成本。

据介绍,自动原位清洁技术在半导体行业是一个标配技术,但在MOCVD设备圈内,此技术还未普及,原因如下:氮化镓分解温度很高,达1400—1500摄氏度。如果是在氯气情况下,此温度会相对降低,可到900摄氏度左右,包括表面以及腔体所有的面都需降到这个温度,这对MOCVD设备厂商来说极具挑战性。目前,很多MOCVD设备采用不锈钢结构,不锈钢需要用水冷却,这与900摄氏度相互矛盾。而爱思强的MOCVD设备采用的是全石墨的腔体,可以保证表面沉积稳定,也可以保证石墨能够被加热到900摄氏度以上。

爱思强表示,MOCVD设备的这两大技术都是实现Micro LED高良率和低成本的关键技术。传统的LED生产需向更自动化的生产模式转变,才能保证高良率,降低成本,加快Micro LED的大规模量产。

图2: AIX G5+C 行星式反应器

据了解,爱思强搭载自动卡匣(C2C)和自动原位清洁技术的行星式反应器平台获得了多家客户的订单,极高地优化了外延片的良率及生产自动化水平。

未来,爱思强将继续投入技术研发工作,助力Micro LED的商用化。(文:LEDinside Janice)

 

 

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