Kyocera Corporation a d\u00e9velopp\u00e9 une nouvelle technologie de proc\u00e9d\u00e9s \u00e0 couches minces destin\u00e9e \u00e0 la fabrication de substrats de silicium uniques pour les micro-sources lumineuses \u00e0 base de nitrure de gallium (GaN), y compris des lasers \u00e0 cavit\u00e9 courte et des micro-LED.<\/p>\n
Qu’est-ce qu’une micro-source lumineuse\u00a0?<\/strong><\/p>\n Une \u00ab\u00a0micro-source lumineuse\u00a0\u00bb est une source lumineuse dont le c\u00f4t\u00e9 mesure moins de 100 microns (1\/10\u00e8me de millim\u00e8tre). Parmi les exemples figurent les lasers \u00e0 cavit\u00e9 courte et les micro-LED. Compte tenu du fait qu’elles offrent des avantages de performance cl\u00e9s, tels qu’une d\u00e9finition plus \u00e9lev\u00e9e, une taille plus petite et un poids plus l\u00e9ger, les micro-sources lumineuses sont consid\u00e9r\u00e9es comme essentielles pour les \u00e9crans automobiles de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, les lunettes intelligentes, les \u00e9quipements de communication et les dispositifs m\u00e9dicaux. Le march\u00e9 des puces micro-LED \u00e0 lui seul devrait atteindre 2,7 milliards de dollars d’ici 2026, soit un taux de croissance compos\u00e9 annuel (TCAC) d’environ 241\u00a0% (Source\u00a0: TrendForce ao\u00fbt 2022).<\/p>\n Enjeux techniques dans la fabrication de micro-sources lumineuses<\/strong><\/p>\n Les dispositifs de source lumineuse \u00e0 base de GaN, \u00e0 la fois micro-LED et laser, ont g\u00e9n\u00e9ralement \u00e9t\u00e9 fabriqu\u00e9s sur des substrats de saphir et de GaN. Les processus conventionnels consistent \u00e0 former une fine couche de dispositif GaN pour la source lumineuse directement sur le substrat en saphir par l\u2019action d\u2019une exposition \u00e0 une temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e (1\u00a0000\u00a0\u00b0C ou plus) dans une atmosph\u00e8re gazeuse contr\u00f4l\u00e9e. La couche de dispositif doit ensuite \u00eatre retir\u00e9e ou \u00ab\u00a0pel\u00e9e\u00a0\u00bb du substrat afin de cr\u00e9er un dispositif de micro-source lumineuse \u00e0 base de GaN. Cependant, malgr\u00e9 la demande croissante d’appareils plus petits, trois d\u00e9fis distincts limitent la capacit\u00e9 de ce processus \u00e0 atteindre les objectifs de miniaturisation dans un proche avenir\u00a0:<\/p>\n <\/p>\n Dans le cas des micro-LED, les processus actuels impliquent des \u00e9tapes difficiles pour diviser la couche de dispositif en plusieurs sources lumineuses individuelles sur le substrat, puis pour s\u00e9parer (ou \u00ab\u00a0peler\u00a0\u00bb) la couche de dispositif du substrat. Comme les appareils deviennent de plus en plus petits, l\u2019enjeu technique de ce processus de s\u00e9paration peut entra\u00eener un rendement intol\u00e9rablement faible.<\/p>\n <\/p>\n La fabrication de micro-sources lumineuses est \u00e9galement probl\u00e9matique du fait que les couches de dispositif doivent \u00eatre d\u00e9pos\u00e9es sur du saphir, du silicium ou d’autres mat\u00e9riaux comportant des structures cristallines qui diff\u00e8rent de celle de la couche de dispositif. Cela engendre une forte densit\u00e9 de d\u00e9fauts et des probl\u00e9matiques inh\u00e9rentes de contr\u00f4le de la qualit\u00e9.<\/p>\n <\/p>\n Les substrats GaN et saphir sont des mat\u00e9riaux tr\u00e8s co\u00fbteux. Bien que les substrats de silicium soient moins chers que le saphir, la s\u00e9paration de la couche de dispositif d’un substrat de silicium est extr\u00eamement difficile.<\/p>\n <\/p>\n Nouveau proc\u00e9d\u00e9 mis au point par Kyocera<\/strong><\/p>\n Kyocera a d\u00e9velopp\u00e9 avec succ\u00e8s la nouvelle technologie de proc\u00e9d\u00e9 \u00e0 l’Institut de recherche sur les mat\u00e9riaux et dispositifs avanc\u00e9s de la soci\u00e9t\u00e9 \u00e0 Kyoto, au Japon. Tout d’abord, la soci\u00e9t\u00e9 d\u00e9veloppe une couche de GaN sur un substrat en Si qui est disponible en gros volumes \u00e0 faible co\u00fbt. La couche de GaN est ensuite masqu\u00e9e avec un mat\u00e9riau non croissant qui pr\u00e9sente une ouverture au centre. Apr\u00e8s cela, lorsqu’une couche de GaN se forme sur le substrat en Si, des noyaux de GaN se d\u00e9veloppent sur l’ouverture dans le masque. La couche de GaN, \u00e9tant un noyau en croissance, pr\u00e9sente de nombreux d\u00e9fauts au stade initial de sa croissance. Cependant, en formant la couche de GaN lat\u00e9ralement, des couches de GaN de haute qualit\u00e9 avec une faible densit\u00e9 de d\u00e9fauts peuvent \u00eatre cr\u00e9\u00e9es et des dispositifs peuvent \u00eatre fabriqu\u00e9s avec succ\u00e8s \u00e0 partir de cette zone \u00e0 faible d\u00e9faut de la couche de GaN.<\/p>\n <\/p>\n Avantages du nouveau proc\u00e9d\u00e9 de Kyocera<\/p>\n En masquant la couche de GaN avec un mat\u00e9riau qui ne se d\u00e9veloppe pas, on supprime la liaison entre le substrat de Si et la couche de GaN, ce qui simplifie grandement le processus de pelage.<\/p>\n <\/p>\n \u00c9tant donn\u00e9 que le processus de Kyocera peut d\u00e9poser du GaN \u00e0 faible d\u00e9faut sur une zone plus large qu’auparavant, une fabrication homog\u00e8ne de couches de dispositifs de haute qualit\u00e9 est alors possible.<\/p>\n <\/p>\n La nouvelle m\u00e9thode de Kyocera facilite la s\u00e9paration correcte et fiable de la couche de dispositif GaN du substrat Si qui est relativement peu co\u00fbteux. Ce proc\u00e9d\u00e9 permet de r\u00e9duire consid\u00e9rablement les co\u00fbts de fabrication.<\/p>\n <\/p>\n Applications de micro-sources lumineuses<\/p>\n Dor\u00e9navant, l’av\u00e8nement de la conduite autonome cr\u00e9era une demande d\u2019\u00e9crans plus lumineux, de meilleure d\u00e9finition, \u00e9conomes en \u00e9nergie, plus transparents et \u00e0 moindre co\u00fbt.<\/p>\n <\/p>\n Le march\u00e9 des micro-sources lumineuses utilis\u00e9es dans la r\u00e9alit\u00e9 augment\u00e9e (RA) et la r\u00e9alit\u00e9 virtuelle (RV) devrait se d\u00e9velopper rapidement. Des lunettes intelligentes et d’autres produits sont en cours de d\u00e9veloppement afin de faciliter la cr\u00e9ation d’espaces virtuels \u00e0 travers le m\u00e9taverse en RV et le \u00ab\u00a0d\u00e9-smartphoning\u00a0\u00bb en RA. Alors que les lasers \u00e0 semi-conducteurs conventionnels pour la RA ont \u00e9t\u00e9 miniaturis\u00e9s \u00e0 une longueur aussi petite que 300 microns, Kyocera est le premier dans le monde \u00e0 atteindre une taille de seulement 100 microns. La soci\u00e9t\u00e9 a pu atteindre cette taille en d\u00e9veloppant un tout nouveau processus de production qui est une \u00e9volution de la m\u00e9thode de clivage.<\/p>\n Cette \u00ab\u00a0nouvelle m\u00e9thode de clivage\u00a0\u00bb se traduit par une r\u00e9duction de taille d’environ 67\u00a0% et permet de minimiser la consommation d’\u00e9nergie. Les lasers \u00e0 semi-conducteurs \u00e0 faible consommation d’\u00e9nergie permettent de r\u00e9duire la taille et le poids de la pile, am\u00e9liorant ainsi son assemblage.<\/p>\n <\/p>\n Kyocera proposera une large gamme de plates-formes, de substrats et de technologies de processus pour commercialiser dans un avenir proche des micro-sources lumineuses de haute qualit\u00e9 et \u00e0 faible co\u00fbt. La soci\u00e9t\u00e9 vise \u00e9galement \u00e0 transformer les march\u00e9s des \u00e9crans et des lasers de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration \u00e0 l’aide de cette nouvelle plate-forme.<\/p>\n <\/p>\n\n
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