中國(guó)臺(tái)灣陽(yáng)明交大使用ALD技術(shù)延長(zhǎng)UVC LED壽命

新型冠狀病毒（COVID-19）肆虐全球，全球品牌廠商對(duì)殺菌凈化的意識(shí)也大幅提升，無(wú)論是表面殺菌、空氣殺菌、水凈化等相關(guān)產(chǎn)品都格外受到關(guān)注。其中深紫外光發(fā)光二極體（UVC LED）技術(shù)尤為熱門—短波長(zhǎng)的UVC LED可有效破壞微生物之DNA、RNA，達(dá)到抑菌效果，進(jìn)而帶動(dòng)了整體市場(chǎng)規(guī)模的發(fā)展。

然而，UVC LED目前仍存在光電轉(zhuǎn)換效率低與壽命較低等問(wèn)題，是此技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用推廣過(guò)程中必須去面對(duì)和解決的難題。其中晶片可以說(shuō)是UVC LED產(chǎn)業(yè)鏈中的核心，若晶片性能不好，無(wú)論封裝端如何提升結(jié)構(gòu)、技術(shù)，都無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。

中國(guó)臺(tái)灣陽(yáng)明交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“陽(yáng)明交大”）郭浩中教授團(tuán)隊(duì)使用芬蘭領(lǐng)先供應(yīng)商Picosun ALD （Atomic Deposition Layer） 設(shè)備沉積出鈍化層和阻隔膜，使UVC LED的使用壽命延長(zhǎng)、可靠性增強(qiáng)，ALD鈍化保護(hù)技術(shù)可以改善LED昂貴的封裝程序進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。

郭浩中教授受訪時(shí)提到：“本研究團(tuán)隊(duì)在LED的研究上已經(jīng)著墨多年，近幾年由于UVC LED與Micro LED的崛起，為了有效維持元件本身的光電特性，我們與Picosun密切合作并導(dǎo)入ALD鈍化保護(hù)技術(shù)。尤其UVC LED本身在磊晶過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多晶格缺陷，ALD技術(shù)的應(yīng)用就顯得相當(dāng)重要?！?/p>

UVCLED中的氮化鋁鎵磊晶層存在晶格不匹配的特性，導(dǎo)致可靠性較低。為了獲得最大的光輸出功率和較長(zhǎng)的工作壽命，LED晶片需要表面鈍化以消除由表面缺陷所引起的寄生電流。UVC LED本身具有高鋁含量的特性，容易受到空氣中的水氧影響，進(jìn)而產(chǎn)生漏電流，降低元件效率。

陽(yáng)明交大郭浩中教授研究團(tuán)隊(duì)導(dǎo)入原子層鈍化沉積技術(shù)（ALD），沉積Al2O3做為鈍化保護(hù)絕緣層，再鍍上金屬電極與后段晶片制程。Al2O3提供極高的絕緣特性，有效減少電流在傳輸時(shí)晶片表面的漏電流，且使用ALD所沉積之Al2O3有非常高的深寬比（high aspect ratio），使其可在垂直側(cè)壁的孔洞上均勻的鍍上Al2O3。

披覆在UVC LED表面的鈍化保護(hù)層（包含使用ALD沉積的Al2O3與使用PECVD沉積的SiO2）；若單純使用一般CVD機(jī)臺(tái)沉積鈍化材料如SiO2，容易導(dǎo)致孔洞底部尚未均勻鍍膜，開(kāi)口已經(jīng)被絕緣材料封閉的現(xiàn)象。

比較有無(wú)進(jìn)行ALD鈍化保護(hù)技術(shù)時(shí)的元件漏電流特性，可以發(fā)現(xiàn)有進(jìn)行ALD鈍化保護(hù)技術(shù)的元件所產(chǎn)生的漏電流密度約為10–6 A/cm2，遠(yuǎn)低于沒(méi)有進(jìn)行ALD鈍化保護(hù)技術(shù)的5 х 10–3 A/cm2，表示在發(fā)光元件元件應(yīng)用上，ALD鈍化保護(hù)技術(shù)依舊提供優(yōu)異的鈍化保護(hù)層技術(shù)，使得表面缺陷得以持續(xù)抑制，增加輻射復(fù)合效率。

此外，ALD鈍化保護(hù)技術(shù)抑制漏電流的同時(shí)也提供元件良好的可靠度，當(dāng)元件尺寸縮小時(shí)，也代表側(cè)壁缺陷的比例對(duì)于整體元件而言已經(jīng)不可被忽視，此時(shí)的ALD鈍化保護(hù)技術(shù)就顯得非常重要，其能維持元件本身的特性。

在環(huán)境（溫度/濕度）為（25 °C/ 60%）的可靠度測(cè)試條件下進(jìn)行的老化測(cè)試。可以觀察出經(jīng)過(guò)500小時(shí)的可靠度測(cè)試下，有進(jìn)行ALD鈍化保護(hù)技術(shù)的UVC LED之光輸出功率僅會(huì)下降10%，而沒(méi)有進(jìn)行ALD鈍化保護(hù)技術(shù)的元件則下降超過(guò)40%，代表ALD可以提供更好的成膜品質(zhì)，減少側(cè)壁缺陷帶來(lái)的影響。相關(guān)研究成果已經(jīng)刊登至期刊《Photonics2021， 8， 196》。

隨著晶片技術(shù)的進(jìn)步、新材料和封裝形式的引入，UVC LED的發(fā)光效率、使用壽命、價(jià)格問(wèn)題會(huì)漸漸改善。性能提升之后，取代汞燈將是必然趨勢(shì)。（來(lái)源：陽(yáng)明交大）

編輯：jq