Ultraviolet LED 紫外LED的簡單說明

（1） 首先來一些舊聞 ／ web search，扼要 摘取 如下，先熟悉下本文背景情況：

紫外LED一般指發(fā)光中心波長在400nm以下的LED，但有時(shí)將發(fā)光波長大于380nm時(shí)稱為近紫外LED，而短于300nm時(shí)稱為深紫外LED。因短波長光線的殺菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途 。

UVA ／ UVB ／ UVC的波長分類不贅述了，而且筆者習(xí)慣于寫成UV－c，按照目前的通訊慣例。（不幸的是很多地方都寫成UV－C， or UVC， etc．）

405nm Blu－ray Disk “藍(lán)光”光盤的標(biāo)準(zhǔn)激光讀寫波長，也是種近紫外光。

265nm – 280nm UV－c band。

產(chǎn)品方面，日亞化學(xué)工業(yè)上市了發(fā)光中心波長從365nm～385nm不等的品種，Nitride Semiconductor上市了發(fā)光中心波長為355nm～375nm不等的品種。

波長不足300nm的深紫外LED的開發(fā)活動也很活躍。2008年理化學(xué)研究所和松下電工曾公布，采用GaN類半導(dǎo)體的InAlGaN四元化合物半導(dǎo)體開發(fā)出了發(fā)光中心波長為282nm，光輸出功率為10mW的深紫外LED。

波長更短的深紫外LED方面，NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料開發(fā)出了發(fā)光中心波長為210nm的深紫外LED。

美國南卡羅萊納州立的Asif Khan教授小組曾在AlGaN深紫外LED的研究方面（外延與器件工藝）作出很多早期開創(chuàng)性工作。（下圖是其代表性器件結(jié)構(gòu)。）

目前，首爾Viosys、中科潞安、青島杰生（由馬鞍山圓融收購）、深圳深紫、武漢優(yōu)煒星、美國Bolb等有UV－c LED產(chǎn)品，但普遍光效（外量子效率）尚須進(jìn)一步提升。

旭宇、國星、鴻利等有若干UV LED的封裝產(chǎn)品。

歐司朗與AlN單晶基板供應(yīng)商HexaTech公司簽署兩項(xiàng)戰(zhàn)略協(xié)議。這些協(xié)議包括長期供應(yīng)協(xié)議和若干HexaTech的知識產(chǎn)權(quán)（IP）許可，其中，前者涉及作為HexaTech公司2英寸（直徑）基板開發(fā)項(xiàng)目的氮化鋁（AlN）基板。此舉有助于歐司朗加速其基于HexaTech材料的UV－c LED器件開發(fā)，使歐司朗成為主要的高性能光電技術(shù)提供商，提供從深紫外波長到紅外波長的各種產(chǎn)品。

日本化學(xué)大廠德山與日本電氣設(shè)備大廠斯坦利電氣決定，在深紫外線LED領(lǐng)域擴(kuò)大合作，德山維持深紫外線LED材料研發(fā)，而晶圓生產(chǎn)、封裝、與產(chǎn)品制造銷售等業(yè)務(wù)，由Stanley Electric負(fù)責(zé)。德山的深紫外線LED晶圓生產(chǎn)線及專利，均轉(zhuǎn)讓給Stanley Electric。

臺灣LED廠光鋐與研晶預(yù)計(jì)共組品牌，進(jìn)軍殺菌UV－c LED市場，雙方已開始利用新合資品牌擴(kuò)大行銷。

2017年臺塑石化宣布與日商日機(jī)裝（Nikkiso）攜手發(fā)展UV LED事業(yè)，生產(chǎn)深紫外光LED（Deep UV LED）晶粒及銷售深紫外光應(yīng)用產(chǎn)品，該合作案將聚焦水殺菌、空氣殺菌、樹脂固化及分析設(shè)備等。

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（2） 應(yīng)用背景介紹

紫外LED （UV LED） 主要應(yīng)用在生物醫(yī)療、防偽鑒定、凈化 （水、空氣等） 除菌殺毒領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲和軍事 （如LiFi不可見光保密通信） 等方面。

而且隨著技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用還會不斷出現(xiàn)以替代原有的技術(shù)和產(chǎn)品。

紫外LED有著廣闊的市場應(yīng)用前景，如紫外LED光療儀是未來很受歡迎的醫(yī)療器械，但是目前技術(shù)還處于成長期。

傳統(tǒng)紫外光源與燈具廠商如下：

傳統(tǒng)紫外光源為HID燈。

UV LED要完全替換傳統(tǒng)紫外光源，在效率、性價(jià)比等方面還有很長一段路要走。

目前特別是UV－c 深紫外LED的效率，總體上類似于2000年前后綠藍(lán)光LED的水平。

（3） InN， GaN， AlN 紫外與藍(lán)綠LED的帶隙問題 （外延相關(guān)）

InN、GaN、AlN均為直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度分別為1．9 eV， 3．4 eV， 6．2 eV。

一般藍(lán)綠光LED為InxGa1－xN有源發(fā)光區(qū)，壓應(yīng)變compressive strain

· 465nm 藍(lán)光In組分約為20％ ＋

· 525nm 綠光In組分約為30％ ＋

· 265nm的AlxGa1－xN有源發(fā)光區(qū)，張應(yīng)變tensile strain

Al組分約為70％ ＋／－

壓應(yīng)變、張應(yīng)變與能帶工程，外延層內(nèi)的應(yīng)變控制，是門大學(xué)問！

還有AlGaN／GaN多量子阱有源區(qū)的載流子注入、輸運(yùn)與泄漏等問題。

（4） UV LED的外延與芯片問題

半導(dǎo)體深紫外光源在照明、殺菌、醫(yī)療、印刷、生化檢測、高密度的信息儲存和保密通訊等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。

以AlGaN材料為有源區(qū)的深紫外LED的發(fā)光波長能夠覆蓋210nm － 365nm的紫外波段，是實(shí)現(xiàn)該波段深紫外LED器件產(chǎn)品的理想材料，具有其它傳統(tǒng)紫外光源無法比擬的優(yōu)勢。

基于MOCVD的深紫外LED外延材料和芯片器件研究工作，須著重解決材料存在的表面裂紋、晶體質(zhì)量差、鋁組分低、無法實(shí)現(xiàn)短波長發(fā)光和結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)、芯片工藝等問題。

材料是器件性能的基礎(chǔ)與核心突破點(diǎn)。

MOCVD反應(yīng)室 Reactor中Al的“記憶”效應(yīng)，memory effect，這個(gè)真是記憶深刻、乃至可以說刻骨銘心??？？ OELAB的MOCVD師兄弟們 ～ 想必如果看到此節(jié) 必然是會心一笑。

高Al組分下的應(yīng)變控制是關(guān)鍵。

UV LED的歐姆接觸電極制作工藝也是很crucial的 ～

隨之而來的是電流擴(kuò)展spreading ／ electrodes design， 又要不遮光、又要均勻注入 ～

Flip Chip design seems to be the main stream architecture ～

（5） UV LED的封裝主要問題

由于此前作為封裝材料使用的環(huán)氧類樹脂材料在紫外光的作用下，容易出現(xiàn)樹脂性能惡化的現(xiàn)象，導(dǎo)致透明性降低，從而使得LED亮度也隨之降低。

因此，為了解決LED封裝器件因紫外光而出現(xiàn)的性能惡化現(xiàn)象，在封裝過程中采用了不使用樹脂材料的方法。

通過將LED芯片裝入金屬封裝內(nèi)，不使用任何其他封裝材料而直接用金屬殼體及玻璃等蓋封住。（這種方法此前一直在GaN類藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器中采用。）

審核編輯：符乾江