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技术 | Technology – microLED
200mm 硅衬底装入 MOCVD 反应室，并生长了氮
化物叠层。生长工艺并不简单。由于“回熔蚀刻”，
我们不可能直接在硅衬底上生长 GaN，这是一种
镓和硅在高生长温度下形成镓 - 硅共晶的高温反
应。其解决方案是在 GaN 生长之前沉积一层 AlN
成核层。此后，添加 Al（Ga）N 应变管理的缓冲
层，然后再生长标准的 LED 结构。
我们通过 XRD 摇摆曲线扫描和阴极荧光测
量仔细检查了我们的外延片。这些技术突显出我
们材料的高结晶质量。（002）和（102）方向上的
图5. 对于保持在12K和290K的200mm硅上GaN LED外延片，测量的 摇摆曲线的半高处全宽分别是 334 弧秒和 299 弧
量子效率作为激发功率密度的函数。这些图表明该异质结构的内量 8 -2
子效率超过80％。 秒。这些值对应于约 1.5×10 cm 的穿透位错密
度（参见图 2（a））。相比之下，对于平面蓝宝石
-2
8
上的 GaN 外延层，该数值约为 1.9×10 cm （见
图 2（b））。
LED 外延片的另一个关键要求是重掺硅的
n-GaN。该层的沉积很棘手，因为它可能在存在
高密度穿透位错的情况下，通过形成穿透位错的
倾斜而导致压应力的弛豫。
对于不同掺杂浓度 n 型层生长过程，我们测
量了我们硅上 GaN 晶圆的原位曲率（见图 3）。
绘制的曲率作为掺杂的函数都得到直线，即使对
图6. （a）我们200毫米硅基GaN LED外延片的平均主波长为442nm，
标准偏差低至2.4nm。（b）平均主波长分布图。 19 -3
于超过 1×10 cm 的掺杂水平也是如此，这表明
硅的直径可达 300 毫米，成本低，200 毫米衬底 最小的压应力弛豫。这是通过降低位错密度来实
的价格低于 50 美元，同时硅这种材料可为高质量 现的，反过来又使压应力弛豫达到最小。优选的
和低颗粒水平的外延片提供很好的基底。更重要 方法是为 microLED 制造薄的外延层，因为这样
的是，硅上 GaN 具有与成熟的硅基制造相兼容的 可以实现小的晶圆翘曲和更高的键合良率。我们
优势，这种制造技术已经非常非常成熟，可用于 已经可以实现这一点，生产的晶圆总外延层厚度
薄膜工艺和阵列的单片集成。最后但并非最不重 低于 3.5 微米，厚度不均匀性仅为 1.5％。
要的是，可以在硅上 GaN 外延片中采用适当的应 晶圆键合的关键要求是最小的晶圆翘曲，因
变工程技术，从而实现良好的均匀性和最小的翘 为这允许使用步进光刻系统和晶圆巨量转移。对
曲。 于传统的蓝宝石上 GaN，外延层的应力主要取决
为了生产我们的 LED 外延片，我们将 于热失配，如果不加以控制，则会导致大的凸起
翘曲。100mm 和 150mm 蓝宝石上 GaN 晶圆的翘
曲典型值分别为 120μm 和 170μm（参见图 4（a）
和（b））。然而，对于我们的 200mm 硅基 GaN，
适当的应力工程确保最终的晶圆翘曲小于 30μm
（见图 4（c））。
当 LED 芯片的尺寸缩小到微小尺寸或微米尺
寸时，表面织构不能再用于改善光的提取。更糟
糕的是，侧壁非辐射复合变得更加严重。对于这
些类型的 LED，关键是高的内量子效率。我们的
晶圆满足这一要求，内量子效率预计超过 80％（参
图7. 两种不同衬底的颗粒数。缺陷检查显示150mm蓝宝石（a）的颗粒数远远高于（b）200mm
硅的颗粒数。 见图 5，了解我们的硅上 GaN LED 晶圆的温度和
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