中国台湾阳明交大使用ALD技术延长UVC LED寿命

新型冠状病毒（COVID-19）肆虐全球，全球品牌厂商对杀菌净化的意识也大幅提升，无论是表面杀菌、空气杀菌、水净化等相关产品都格外受到关注。其中深紫外光发光二极体（UVCLED）技术尤为热门—短波长的UVC LED可有效破坏微生物之DNA、RNA，达到抑菌效果，进而带动了整体市场规模的发展。

然而，UVC LED目前仍存在光电转换效率低与寿命较低等问题，是此技术发展及应用推广过程中必须去面对和解决的难题。其中晶片可以说是UVC LED产业链中的核心，若晶片性能不好，无论封装端如何提升结构、技术，都无法从根本上解决问题。

中国台湾阳明交通大学（以下简称“阳明交大”）郭浩中教授团队使用芬兰领先供应商Picosun ALD （Atomic Deposition Layer） 设备沉积出钝化层和阻隔膜，使UVC LED的使用寿命延长、可靠性增强，ALD钝化保护技术可以改善LED昂贵的封装程序进而降低生产成本。

郭浩中教授受访时提到：“本研究团队在LED的研究上已经着墨多年，近几年由于UVC LED与Micro LED的崛起，为了有效维持元件本身的光电特性，我们与Picosun密切合作并导入ALD钝化保护技术。尤其UVC LED本身在磊晶过程中会产生许多晶格缺陷，ALD技术的应用就显得相当重要。”

UVCLED中的氮化铝镓磊晶层存在晶格不匹配的特性，导致可靠性较低。为了获得最大的光输出功率和较长的工作寿命，LED晶片需要表面钝化以消除由表面缺陷所引起的寄生电流。UVC LED本身具有高铝含量的特性，容易受到空气中的水氧影响，进而产生漏电流，降低元件效率。

阳明交大郭浩中教授研究团队导入原子层钝化沉积技术（ALD），沉积Al2O3做为钝化保护绝缘层，再镀上金属电极与后段晶片制程。Al2O3提供极高的绝缘特性，有效减少电流在传输时晶片表面的漏电流，且使用ALD所沉积之Al2O3有非常高的深宽比（high aspect ratio），使其可在垂直侧壁的孔洞上均匀的镀上Al2O3。

披覆在UVC LED表面的钝化保护层（包含使用ALD沉积的Al2O3与使用PECVD沉积的SiO2）；若单纯使用一般CVD机台沉积钝化材料如SiO2，容易导致孔洞底部尚未均匀镀膜，开口已经被绝缘材料封闭的现象。

比较有无进行ALD钝化保护技术时的元件漏电流特性，可以发现有进行ALD钝化保护技术的元件所产生的漏电流密度约为10–6 A/cm2，远低于没有进行ALD钝化保护技术的5 х 10–3 A/cm2，表示在发光元件元件应用上，ALD钝化保护技术依旧提供优异的钝化保护层技术，使得表面缺陷得以持续抑制，增加辐射复合效率。

此外，ALD钝化保护技术抑制漏电流的同时也提供元件良好的可靠度，当元件尺寸缩小时，也代表侧壁缺陷的比例对于整体元件而言已经不可被忽视，此时的ALD钝化保护技术就显得非常重要，其能维持元件本身的特性。

在环境（温度/湿度）为（25 °C/ 60%）的可靠度测试条件下进行的老化测试。可以观察出经过500小时的可靠度测试下，有进行ALD钝化保护技术的UVC LED之光输出功率仅会下降10%，而没有进行ALD钝化保护技术的元件则下降超过40%，代表ALD可以提供更好的成膜品质，减少侧壁缺陷带来的影响。相关研究成果已经刊登至期刊《Photonics2021， 8， 196》。

随着晶片技术的进步、新材料和封装形式的引入，UVC LED的发光效率、使用寿命、价格问题会渐渐改善。性能提升之后，取代汞灯将是必然趋势。（来源：阳明交大）

编辑：jq