紫外LED顏色非常好看，給人一種溫馨、浪漫的情懷。除此之外，它還帶有殺菌消毒跟凈化環(huán)境的性能，那么下面就讓藍晉光電小編來給大家介紹一下紫外LED發(fā)展現(xiàn)狀及展望吧。

紫外LED燈珠

　　紫外LED發(fā)展現(xiàn)狀及展望

　　紫外波段依據(jù)波長通常可以劃分為： 長波紫外或UVA(320<λ≤400 nm)、中波紫外或UVB(280<λ≤320 nm)、短波紫外或UVC(200<λ≤280 nm)以及真空紫外VUV(10<λ≤200 nm)[1]。紫外發(fā)光二極管(LED)因其在激發(fā)白光、生化探測、殺菌消毒、凈化環(huán)境、聚合物固化以及短距離安全通訊等諸多應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價值而備受關(guān)注。此外，基于氮化鋁鎵(AlGaN)材料的紫外LED也是目前氮化物技術(shù)發(fā)展和第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前全球紫外光源市場規(guī)模約為4.27億美元，不過傳統(tǒng)紫外汞燈仍然占據(jù)市場主導(dǎo)地位。與傳統(tǒng)紫外汞燈相比，AlGaN基紫外LED有著長壽命、低電壓、波長可調(diào)、環(huán)保、方向性好、迅速切換、耐震耐潮、輕便靈活等眾多優(yōu)點。隨著技術(shù)的發(fā)展，將成為未來新型應(yīng)用的主流。

　　目前國際上在紫外LED領(lǐng)域技術(shù)水平處于先進行列的機構(gòu)以美國和日本居多，如美國的南卡羅來納州立大學(xué)、SETi公司、北卡羅萊納州立大學(xué)、CrystalIS公司，日本的名城大學(xué)、名古屋大學(xué)、理化研究所、NTT基礎(chǔ)研究實驗室、Nikisso公司，此外還有柏林工業(yè)大學(xué)，韓國首爾半導(dǎo)體與LGInnotek，等等。國內(nèi)研究機構(gòu)以中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所為代表，長期引領(lǐng)國內(nèi)本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，并與北京大學(xué)、廈門大學(xué)、西安電子科技大學(xué)通過合作研究，共同推動了自主技術(shù)持續(xù)進步。在國內(nèi)紫外LED的產(chǎn)業(yè)化方面，藍晉光電公司較早推出了深紫外產(chǎn)品;通過與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所深度合作，在深紫外LED的外延芯片上游領(lǐng)域布局并取得突破;以鴻利智匯。

　　從深紫外LED的發(fā)光波長與外量子效率(EQE)的角度，總結(jié)了主要研究機構(gòu)和公司在深紫外LED領(lǐng)域報導(dǎo)的代表性結(jié)果?？梢钥闯觯钭贤釲ED的EQE基本不超過10%，大部分量子效率在5%以下。實際上，目前可購買的UVB、UVC波段LED產(chǎn)品的量子效率往往只有1%—2%。這與淺紫外和藍光LED的水準(zhǔn)顯然相去甚遠。

　　藍寶石襯底上典型的UV-LED外延結(jié)構(gòu)圖。與GaN基藍光LED相比，深紫外LED的研制面臨著許多獨特的技術(shù)困難，如：高Al組分AlGaN的材料的外延生長困難，一般而言，Al組分越高，晶體質(zhì)量越低，位錯密度普遍在109cm-2—1010cm-2乃至更高；AlGaN材料的摻雜與GaN相比要困難得多，不論n型摻雜還是p型摻雜，隨著Al組分的增加，外延層的電導(dǎo)率迅速降低，尤其是p-AlGaN的摻雜尤為棘手，摻雜劑Mg的激活效率低下，導(dǎo)致空穴不足，導(dǎo)電性和發(fā)光效率銳降;同時紫外LED往往在平面藍寶石襯底上外延生長，出光效率低，等等。針對這些技術(shù)難點，目前已經(jīng)發(fā)展出一些解決方案，如AlN同質(zhì)襯底技術(shù)、納米圖形襯底外延技術(shù)(NPSS)和透明p型層技術(shù)等等。

深紫外LED取得長足的發(fā)展

　　外延結(jié)構(gòu)中，可以看到，深紫外LED往往使用pGaN作為p型歐姆接觸層，有時候這一層的厚度會達到上百納米，而pGaN對于量子阱發(fā)出的深紫外波段光線有強烈的吸收，因此深紫外 LED一般采用倒裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示。通過采用對于深紫外光透明的pAlGaN層、減小pGaN層的厚度，可以有效緩解這一問題，提升深紫外LED器件的光提取效率。限制深紫外LED器件光提取效率的另一個重要因素是平面藍寶石襯底，平面藍寶石襯底導(dǎo)致嚴(yán)重的界面全反射，大量的紫外光限制在外延層中出不來。對于UV-C LED，這一問題尤為嚴(yán)重，隨著 Al 組分的增加和波長的減小，發(fā)光從TE 模式主導(dǎo)逐漸向 TM 模主導(dǎo)轉(zhuǎn)化，而TM 模的光提取效率不到TE模的十分之一。

　　針對這些難題，近些年國內(nèi)外已有一些研究突破。日本名城大學(xué)的研究人員通過在 DUV LED 藍寶石背面制作蛾眼(moth-eye)結(jié)構(gòu)獲得了1.5倍的光提取效率提升。美國研究人員通過在 280 nm DUV LED 的藍寶石背面制作微透鏡陣列，在 20 mA 注入電流下光輸出功率提高 55%。韓國研究人員的模擬結(jié)果顯示，納米柱結(jié)構(gòu)能夠非常有效的提高 DUV LED 的光提取效率，尤其是增加 TM 的光提取。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所通過采用納米圖形襯底技術(shù)(如圖4所示)，在20 mA 的注入電流下，將283 nm DUV LED 的光輸出功率由 1.5 mW 提高至 3 mW，外量子效率提升近一倍，其中很重要的提升因素源于納米圖形襯底帶來的光提取增強效果。此外，紫外波段高反射電極、襯底剝離及垂直結(jié)構(gòu)芯片等技術(shù)都可以幫助進一步提升深紫外LED的光輸出功率。

　　盡管目前深紫外LED的效率和功率還不是很理想，但是可以初步應(yīng)用于不少健康領(lǐng)域，因此近年來不斷涌現(xiàn)出采用深紫外LED的消毒牙刷、水杯等各種新型應(yīng)用產(chǎn)品。實際上，毫瓦級的深紫外光在很多具體場景中就足以實現(xiàn)良好的殺菌消毒效果。其原理在于，深紫外光源通過破壞微生物的DNA和RNA阻止其繁殖，實現(xiàn)高效快速的廣譜殺菌。數(shù)據(jù)顯示，僅以30mW/cm2的UVC紫外輻照強度，一秒鐘即可對絕大部分細菌實現(xiàn)近乎100%的殺滅，效果非常顯著，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。在個人健康和家庭衛(wèi)生領(lǐng)域，紫外光可以用于水杯碗筷消毒、空氣凈化除菌、殺滅螨蟲、鞋襪殺菌除臭、嬰兒奶瓶消毒等等，用武之地簡直不可勝數(shù)。而對于UVB波段特定波長的紫外線，可以為銀屑病、白癜風(fēng)等皮膚病和一些難治的疾病提供了優(yōu)良解決方案。

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