近年來由於奈米元件的製程需求，半導體元件的尺度逐漸縮小，蝕刻造成的側壁缺陷逐漸無法忽視，PECVD不再能提供足夠的階梯覆蓋率，此時ALD沉積技術的特點正是解決此問題的方法，ALD是利用前驅物氣體與基板表面所產生的自我侷限(self-limiting) 交互反應，當反應氣體與基板表面形成單層化學吸附後，反應氣體不再與表面反應，所以成長厚度可控制在Å等級，並且可提供良好的階梯覆蓋率。
為此，臺灣交通大學林建中以及郭浩中研究團隊，展示了一系列PECVD以及ALD運用在不同尺寸下紅光micro-LED的研究，如圖1(a)所示。在相同的結構下，PECVD或者ALD在側壁沉積200 nm厚的SiO2鈍化保護層，並且進行了一系列電特性以及光特性的比較，圖1(b)為5 µm紅光micro-LED點亮OM圖。
圖1.紅光micro-LED(a) 結構示意圖 (b) 5 µm點亮OM
此研究首先針對PECVD以及ALD所成長的鈍化保護層對於漏電流之影響，圖2為紅光micro-LED，經過PECVD以及ALD的鈍化保護後的漏電流圖，可以發現在使用ALD的元件平均漏電流比起使用PECVD要低得多，而從中也可以發現，隨著元件尺寸縮減，漏電流都一致的上升，這是由於小型器件的表面-體積比增加以及在反向偏壓下的額外漏電路徑所導致。
圖2.不同chip size紅光micro-LED之漏電流(a)PECVD沉積 (b)ALD沉積
為了探討鈍化保護層對於紅光micro-LED光功率的影響，圖3整理了PECVD以及ALD鈍化保護層在不同尺寸以及電流密度條件下的光功率比較，可以看到PECVD以及ALD在15 µm以上，光功率都可以達到很好的一致性，但到了元件尺寸小於5 µm時，ALD的表現就勝出了PECVD所提供的鈍化保護能力。在相同電流密度，不同尺寸的條件下，使用ALD所提供的光功率差異為570倍；而使用PECVD的元件則高達850倍，這表明了在小尺寸的元件下，ALD依舊提供了優異的鈍化保護層，使得表面缺陷得以持續抑制，增加輻射複合效率。
圖3.不同條件下之積分光強度比較圖
此外ALD所提供的鈍化保護，使元件有更良好的可靠度，由於乾蝕刻製程會在側壁上造成損壞和缺陷，而當器件尺寸縮小時，側壁缺陷帶來的影響可能成比例增加，並導致性能的提早下降，此時鈍化保護層的品質就格外的重要，圖4比較了15 µm紅光micro-LED在ALD以及PECVD所沉積的鈍化保護層中，在400 A/cm2情況下的加速老化測試，我們可以看到使用PECVD所成長的鈍化保護層樣品在4.33小時就衰減到了原光強度值的一半，而ALD的樣品則延續到了5.32小時才衰減至一半，代表ALD可以提供更好的成膜品質，減少側壁缺陷帶來的影響。
圖4. 15 µm紅光micro-LED加速老化測試
綜合以上結果，我們可以發現隨著元件尺寸的縮小，經過ALD鈍化保護的元件，在不同性能下都能夠得到更優異的表現，在未來的先進製程當中，ALD技術勢必會繼續扮演著一個重要的角色。
