用于MicroLED制造的工程化硅衬底
在硅上氮化镓的MicroLED制造过程中，实现一致的外延质量和较高的生产良率是关键挑战，这对外延工艺和底层硅衬底都提出了严格的要求。工程化硅片能够提供受控的衬底性能和机械稳定性，以支持均匀的氮化镓外延生长和可扩展的MicroLED制造。
高亮度、低功耗、快速的响应时间以及极高分辨率的潜力，都使得MicroLED技术在微显示器、AR/VR设备、可穿戴电子设备以及先进消费类显示器等应用领域极具吸引力。
大多数蓝色和绿色的MicroLED均基于InGaN/GaN外延结构，该结构通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长而成。其发光波长和强度取决于活性区的组分和性质，以及外延层的质量。即使是很微小的差异，也会导致整个MicroLED显示屏在颜色和亮度上出现肉眼可见的差异，因此高度均匀的外延生长至关重要。对于硅上氮化镓的MicroLED而言，这对其底层硅衬底提出了严格的要求。
MicroLED 外延生长对硅衬底的要求
对于MicroLED制造的氮化镓外延工艺要求在单片硅片内、不同硅片之间以及不同外延生长批次之间均具有极佳的一致性。这一点尤为重要，因为来自不同硅片和不同生长批次的LED最终可能会集成到同一块显示屏中。
与传统LED制造不同，由于质量传递过程的影响，通常无法采用相同的方式进行波长分档。这使得在异质外延生长过程中控制波长和强度波动变得尤为重要。
硅衬底是影响氮化镓外延均匀性条件的关键因素之一。对于硅基氮化镓的MicroLED制造，重要的衬底考量因素包括晶向和切边控制、晶圆厚度、氧浓度、表面质量及缺陷率。这些参数共同应向外延均匀性以及晶圆在高温处理过程中的机械稳定性。
优化切片以提高外延质量和波长均匀性
硅片的切边角（也称为衬底误切角）决定了衬底表面的原子台阶结构。优化切边角非常重要，因为由此产生的台阶结构会影响表面粗糙度以及氮化镓外延过程中的台阶聚集现象，进而影响外延形态和均匀性。
在MicroLED应用中，切边角度还会对波长均匀性产生影响。表面台阶形态会影响InGaN活性区中铟的渗入，从而影响发光波长。因此，优化目标切边角度以及确保整个晶圆上切边的均匀性，对于保障波长均匀性和稳定的色彩性能都至关重要。
高温氮化镓外延生长过程中的机械稳定性
氮化镓和硅之间的热膨胀系数不匹配会在高温MOCVD工艺及后续冷却过程中产生应力。这可能导致外延后晶片出现翘曲和弯曲，以及滑移和裂纹的形成。控制这些影响对于后续的MicroLED制备工艺和生产良率至关重要。
可以通过工程手段调整晶圆厚度和硅晶体的物理特性，以提高氮化镓外延过程中的机械稳定性。优化晶圆厚度可以提供足够的刚度，并有助于在外延应力作用下控制晶圆曲率。间隙氧浓度（Oi）是另一个重要参数。优化后的Oi水平可提高硅晶圆在高温加工过程中抵抗滑移形成的能力。
MicroLED外延生长中的关键硅衬底参数
对于硅基氮化镓（GaN-on-silicon）的MicroLED外延生长，衬底的选择主要侧重于影响外延质量、均匀性和机械稳定性的参数，而非特定的电阻率要求。
硅衬底的关键考虑因素包括：
- <111>晶向，其切边经过优化能够适应外延工艺
- 硅片整体切边均匀性良好
- 表面质量高且缺陷率低
- 硅片厚度经过优化，以确保机械稳定性和曲率控制
- 间隙氧浓度经过优化，以提高抗滑移性
硅晶圆技术的成熟度及其与现有半导体制造基础设施的兼容性，使硅成为可扩展氮化镓MicroLED制造的理想平台。Okmetic的工程化硅晶圆可根据严苛的氮化镓外延工艺需求进行定制，其关键衬底参数经过优化，可确保外延均匀性、机械稳定性以及可扩展的MicroLED制造。
想进一步了解针对氮化镓外延工艺的硅衬底优化吗？
欢迎详细了解我们针对氮化镓功率和射频器件的优化提供的硅及SOI衬底解决方案（白皮书）。
