深紫外MicroLED技术突破，无掩模光刻迎来新机遇

CINNO Research产业资讯，深紫外（UVC）光技术，特别是在210至280纳米波长区间内，正日益在病毒消杀、半导体制造领域的光刻等多个应用场景中展现出其重要性。尽管传统的汞蒸气灯长期作为紫外光刻的主流光源，但紫外发光二极管（UV-LED）技术因其高效能、长寿命及环境友好性而日益受到关注。

在这一领域，一个核心挑战在于研发出能在小尺寸下仍具备足够功率输出的氮化铝镓（AlGaN）深紫外MicroLED。对于无掩模光刻等应用而言，更小的MicroLED尺寸意味着更高的分辨率，但传统上这类MicroLED的光输出功率较低。这一局限在无掩模光刻中尤为突出，因为该技术需要短曝光时间，却常因光功率不足而不得不延长曝光。

为了克服这一难题，研究人员创新性地开发了先进的制造工艺，成功制造出尺寸从3微米至100微米不等的高效270纳米深紫外MicroLED，并专为无掩模光刻技术设计了一款高分辨率、大幅面的深紫外MicroLED显示屏。

a，倒装芯片深紫外 MicroLED 示意图。b，所制造的 6×6 微米 ² 深紫外 MicroLED 阵列的扫描电子显微镜形貌图，插图显示的是一个独立的 5×5 微米 ² 深紫外 MicroLED。c，独立器件的电致发光显微照片。（图片来源：《自然・光子学》）

在制造过程中，团队采用了多种创新手段。他们结合了感应耦合等离子体蚀刻与四甲基氢氧化铵（TMAH）化学处理，形成了一种混合蚀刻方案，以精确界定台面，从而增强了辐射复合。通过原子层沉积（ALD）技术，在暴露的侧壁上形成了一层50纳米厚的Al₂O₃钝化层，有效减少了非辐射复合中心。同时，他们为p型接触层采用了超薄退火的镍/金（Ni/Au）金属接触层，最大限度地降低了对深紫外光的吸收。对于更大的阵列，他们在整个阵列上方添加了一层高反射率的铝基层，显著增强了正面发光效果。最终，通过将MicroLED阵列倒装芯片键合到定制的互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路驱动器上，他们成功开发出了一款分辨率为320×140的深紫外MicroLED显示屏。

a，不同器件尺寸的深紫外（UVC）MicroLED 在半对数坐标下的电流 - 电压（J–V）特性曲线。b，在不同注入电流密度下，外量子效率（EQE）与器件尺寸的关系。c，峰值外量子效率以及外量子效率下降率与各个器件尺寸点（以圆点表示）的关系，并配有拟合趋势线。d，3 微米深紫外（UVC）MicroLED 的归一化电致发光（EL）光谱。e，在不同注入电流密度下，光功率密度与器件尺寸的关系。

这项研究取得了显著成果。最小尺寸（3微米）的器件实现了创纪录的5.7%峰值外量子效率（EQE）以及396瓦/平方厘米的最大亮度。他们成功制造出了每英寸2540像素的并联深紫外MicroLED阵列，该阵列展现出卓越的发光均匀性和光准直性（48.9°的窄视角）。深紫外MicroLED和MicroLED显示屏能够提供充足的光功率，在数秒内即可使光刻胶膜完全曝光，这充分证明了其在无掩模光刻中的实际应用潜力。即便是最小的3微米器件，也能提供足够的光功率以在光刻胶上形成清晰图案。

研究人员将他们的成功归因于三大关键因素：在小型器件中增强了电流扩散的均匀性、因更高的表面积与体积比而改善的散热效果以及卓越的光提取效率。他们认为，这项工作为无掩模光刻技术开辟了新的道路，有望通过消除对昂贵光刻掩模的需求，并显著缩短制造周期、降低成本，从而在半导体行业引发一场革命性的变革。

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