Kyocera Corporation ha desarrollado una nueva tecnología de proceso de capa fina para fabricar sustratos de silicio (Si) únicos para fuentes de micro-luz basadas en nitruro de galio (GaN), incluyendo láseres de cavidad corta y micro-LEDs. ¿Qué es una microfuente de luz? Una oMicrofuente de luzo es una fuente de luz con un lado que mide menos de 100 micras (1/10 de milímetro). Algunos ejemplos son los láseres de cavidad corta y los micro-LED.

Debido a que ofrecen ventajas de rendimiento clave, como una mayor definición, un tamaño más pequeño y un peso más ligero, las fuentes de micro-luz se consideran esenciales para las pantallas de automóviles de próxima generación, las gafas inteligentes portátiles, los equipos de comunicación y los dispositivos médicos. Se prevé que sólo el mercado de los chips de micro-LED alcance los 2.700 millones de dólares en 2026, lo que supone una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de aproximadamente el 241%. Desafíos técnicos en la fabricación de microfuentes de luz Los dispositivos de fuentes de luz basados en GaN, tanto micro-LED como láser, se han fabricado normalmente en sustratos de zafiro y GaN.

Los procesos convencionales implican la formación de una fina capa de dispositivo de GaN para la fuente de luz directamente sobre el sustrato de zafiro, calentándolo a una temperatura elevada (1.000 grados C o más) en una atmósfera de gas controlada. A continuación, la capa del dispositivo debe retirarse, opearse, del sustrato para crear un dispositivo de microfuente de luz basado en GaN. Sin embargo, a pesar de la creciente demanda de dispositivos más pequeños, tres retos distintos amenazan la capacidad de este proceso para alcanzar los objetivos de miniaturización en un futuro próximo: Dificultad para pelar la capa del dispositivo: En el caso de los micro-LED, los procesos actuales requieren pasos difíciles para dividir la capa del dispositivo en fuentes de luz individuales sobre el sustrato; y luego, para separar (u opear) la capa del dispositivo del sustrato.

A medida que los dispositivos se hacen más pequeños, el reto técnico de este proceso de pelado puede dar lugar a un rendimiento inaceptablemente bajo. Alta densidad de defectos, calidad inconsistente: La fabricación de fuentes de microluz también es problemática porque las capas del dispositivo deben depositarse sobre zafiro, silicio u otros materiales con estructuras cristalinas diferentes a la de la capa del dispositivo. Esto crea una alta densidad de defectos y desafíos inherentes al control de calidad.

Altos costes de fabricación: Los sustratos de GaN y zafiro son materiales muy caros. Aunque los sustratos de silicio cuestan menos que el zafiro, separar la capa del dispositivo de un sustrato de silicio es extremadamente difícil. Nuevo proceso desarrollado por Kyocera: Kyocera ha desarrollado con éxito la nueva tecnología de proceso en el Instituto de Investigación de Materiales y Dispositivos Avanzados de la empresa en Kioto, Japón.

En primer lugar, se hace crecer una capa de GaN sobre un sustrato de Si, que está disponible en grandes volúmenes a bajo coste. A continuación, se enmascara la capa de GaN con un material que no crece y que presenta una abertura en el centro. Después, cuando se forma una capa de GaN sobre el sustrato de Si, los núcleos de GaN crecen sobre la abertura de la máscara.

La capa de GaN, que es un núcleo en crecimiento, tiene muchos defectos en la etapa inicial de crecimiento; pero, al formar la capa de GaN lateralmente, se pueden crear capas de GaN de alta calidad con baja densidad de defectos, y se pueden fabricar dispositivos con éxito a partir de esta región de bajos defectos de la capa de GaN. Ventajas del nuevo proceso de Kyocera Facilidad de pelado de la capa de GaN del dispositivo: El enmascaramiento de la capa de GaN con un material que no crece suprime la unión entre el sustrato de Si y la capa de GaN, lo que simplifica enormemente el proceso de pelado. Capas de dispositivos de GaN de alta calidad con baja densidad de defectos: Dado que el proceso de Kyocera puede depositar GaN con baja densidad de defectos en un área más amplia que antes, es posible la fabricación consistente de capas de dispositivos de alta calidad.

Menores costes de fabricación: El nuevo método de Kyocera facilita la separación satisfactoria y fiable de la capa de dispositivos de GaN del sustrato de Si, que es relativamente barato, lo que reducirá en gran medida los costes de fabricación. Aplicaciones de la fuente de microluz: Pantalla transparente para automóviles de próxima generación: En el futuro, la llegada de la conducción autónoma creará una demanda de pantallas más brillantes, de mayor definición, de menor consumo, más transparentes y de menor coste. Fuentes de microluz para AR/VR: Se espera que el mercado de las fuentes de microluz utilizadas en la realidad aumentada (AR) y la realidad virtual (VR) se expanda rápidamente.

Se están desarrollando gafas inteligentes y otros productos para facilitar la creación de espacios virtuales a través del metaverso en la RV y del ode-smartphoningo en la RA. Mientras que los láseres semiconductores convencionales para la RA se han miniaturizado hasta alcanzar las 300 micras de longitud, Kyocera es la primera del mundo en conseguir un tamaño de tan sólo 100 micras. La empresa pudo alcanzar este tamaño desarrollando un proceso de producción completamente nuevo que es una evolución del método de hendido.

Este método de hendidura llamado onovel resulta en una reducción de tamaño de alrededor del 67% y ayuda a minimizar el consumo de energía. Los láseres semiconductores con menor consumo de energía permiten reducir el tamaño y el peso de la pila, mejorando así su ajuste. Kyocera ofrecerá una amplia gama de tecnologías de plataforma, sustrato y proceso para sacar al mercado fuentes microluminosas de alta calidad y bajo coste en un futuro próximo.

La empresa también aspira a transformar los mercados de pantallas y láseres de próxima generación utilizando esta nueva plataforma.