良率和成本是阻碍MicroLED大规模量产的两大因素 MOCVD将助力MicroLED商用化

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。