在AR/VR设备加速向视网膜级显示进军的当下,Micro-LED技术悬崖悄然显现:外延材料与CMOS驱动的不匹配、微缩化带来的效率骤降、像素阵列的良率不可控等是Micro-LED在商业化道路上的主要阻碍。晶湛半导体在SEMICON CHINA 2025期间发布了基于ZDP™平台验证的Full Color GaN®全彩系列第二代外延片,为行业带来了破局曙光。

新一代硅基Full Color GaN® LED外延产品在性能上实现了全面升级。在Micro-LED微缩化进程中,当芯片尺寸小于20微米时,侧壁缺陷导致的非辐射复合会使内量子效率急剧下跌。晶湛通过优化RGB外延结构的应力调控层及有源区设计,8寸蓝光硅基LED的内量子效率(IQE)媲美主流PSS衬底LED,绿光硅基LED在电流密度>10A/cm²的条件下,内量子效率与PSS衬底LED相当。该突破成功解决了微缩化带来的载流子运输效率骤降难题,将微米级芯片的电流扩展能力进一步提升。

当Micro-LED像素尺寸进入亚10微米、甚至亚微米范畴,单颗像素缺陷率随阵列密度呈指数级上升。行业数据显示,1微米级像素阵列在百万像素规模下的初始良率通常不足60%,而AR设备视网膜级显示要求需达到99.9999%的像素完好率。传统工艺因缺乏晶圆级检测手段,难以定位亚微米级短路或开路缺陷。面对像素阵列的良率管控挑战,晶湛半导体依托200mm晶圆工艺平台,建立了“材料-工艺-验证”协同开发体系ZDP™平台。从外延生长的形貌检测、工艺监控,到晶圆级Micro-LED阵列的测试、检测模块,形成覆盖材料-工艺-晶圆的闭环质控体系。并且成功制备出高良率、高均匀性、高像素密度的亚微米级微型Micro-LED像素阵列,这一成果显著推动了Micro-LED像素阵列与Si CMOS驱动的混合集成,极大降低修复成本,为AR眼镜的商业化进程注入了新的动力。

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图1:晶湛半导体展示经ZDP™平台验证的200mm Micro-LED 晶圆及阵列SEM照片

现场晶湛半导体演示了基于ZDP™平台验证的200mm Full Color GaN®全彩系列LED外延片,像素尺寸在1µm至50µm范围内的高良率RGB micro-LED阵列,即便像素尺寸微缩至1µm,在640x480的阵列规模下(图2),全阵列无任何坏点,充分展现了晶湛半导体在Micro-LED技术领域的深厚积累与创新能力,也将进一步推动AR设备向商业化、产业化演进。

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图2:基于Full Color GaN®全彩系列外延片经ZDP™平台验证的Micro-LED 阵列,全阵列无坏点(仅展示无驱动的水平测试结构;若结合驱动与算法,可以实现完全均匀)

 
晶湛半导体创始人兼总裁,程凯博士评论道:“我们在2022年发布的Full Color GaN®全彩系列外延片已经初步满足业界对AR/MR系统的要求,如今我们通过升级材料验证平台ZDP™,可有效和快速验证Micro-LED的特性,加速产品迭代。相信晶湛硅基氮化镓的新平台将大力推动GaN光电器件、GaN电子器件与硅器件的异构集成的发展,迎接氮化镓市场的机遇与挑战。”
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晶湛半导体的Full Color GaN®系列产品包括硅基氮化镓产品和蓝宝石基氮化镓产品。

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晶湛半导体的ZDP™材料验证平台商标

来源:苏州晶湛半导体有限公司

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作者 sun, keting