UV LED的详细介绍

时光月 2020-03-15 9630

LEDs

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描述

紫外LED一般指发光中心波长在400nm以下的LED，但有时将发光波长大于380nm时称为近紫外LED，而短于300nm时称为深紫外LED。因短波长光线的杀菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家电等的杀菌及除臭等用途。

UVA ／ UVB ／ UVC的波长分类不赘述了，而且笔者习惯于写成UV－c，按照目前的通讯惯例。（不幸的是很多地方都写成UV－C， or UVC， etc．）

405nm Blu－ray Disk “蓝光”光盘的标准激光读写波长，也是种近紫外光。

265nm – 280nm UV－c band。

产品方面，日亚化学工业上市了发光中心波长从365nm～385nm不等的品种，Nitride Semiconductor上市了发光中心波长为355nm～375nm不等的品种。

波长不足300nm的深紫外LED的开发活动也很活跃。2008年理化学研究所和松下电工曾公布，采用GaN类半导体的InAlGaN四元化合物半导体开发出了发光中心波长为282nm，光输出功率为10mW的深紫外LED。

波长更短的深紫外LED方面，NTT物性科学基础研究所采用AlN材料开发出了发光中心波长为210nm的深紫外LED。

美国南卡罗莱纳州立的Asif Khan教授小组曾在AlGaN深紫外LED的研究方面（外延与器件工艺）作出很多早期开创性工作。（下图是其代表性器件结构。）

目前，首尔Viosys、中科潞安、青岛杰生（由马鞍山圆融收购）、深圳深紫、武汉优炜星、美国Bolb等有UV－c LED产品，但普遍光效（外量子效率）尚须进一步提升。

旭宇、国星、鸿利等有若干UV LED的封装产品。

欧司朗与AlN单晶基板供应商HexaTech公司签署两项战略协议。这些协议包括长期供应协议和若干HexaTech的知识产权（IP）许可，其中，前者涉及作为HexaTech公司2英寸（直径）基板开发项目的氮化铝（AlN）基板。此举有助于欧司朗加速其基于HexaTech材料的UV－c LED器件开发，使欧司朗成为主要的高性能光电技术提供商，提供从深紫外波长到红外波长的各种产品。

日本化学大厂德山与日本电气设备大厂斯坦利电气决定，在深紫外线LED领域扩大合作，德山维持深紫外线LED材料研发，而晶圆生产、封装、与产品制造销售等业务，由Stanley Electric负责。德山的深紫外线LED晶圆生产线及专利，均转让给Stanley Electric。

***LED厂光鋐与研晶预计共组品牌，进军杀菌UV－c LED市场，双方已开始利用新合资品牌扩大行销。

2017年台塑石化宣布与日商日机装（Nikkiso）携手发展UV LED事业，生产深紫外光LED（Deep UV LED）晶粒及销售深紫外光应用产品，该合作案将聚焦水杀菌、空气杀菌、树脂固化及分析设备等。

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（2）应用背景介绍

紫外LED （UV LED）主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化（水、空气等）除菌杀毒领域、计算机数据存储和军事（如LiFi不可见光保密通信）等方面。

而且随着技术的发展，新的应用还会不断出现以替代原有的技术和产品。

紫外LED有着广阔的市场应用前景，如紫外LED光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械，但是目前技术还处于成长期。

传统紫外光源与灯具厂商如下：

传统紫外光源为HID灯。

UV LED要完全替换传统紫外光源，在效率、性价比等方面还有很长一段路要走。

目前特别是UV－c 深紫外LED的效率，总体上类似于2000年前后绿蓝光LED的水平。

（3） InN， GaN， AlN 紫外与蓝绿LED的带隙问题（外延相关）

InN、GaN、AlN均为直接带隙半导体，禁带宽度分别为1．9 eV， 3．4 eV， 6．2 eV。

一般蓝绿光LED为InxGa1－xN有源发光区，压应变compressive strain

· 465nm 蓝光In组分约为20％＋

· 525nm 绿光In组分约为30％＋

· 265nm的AlxGa1－xN有源发光区，张应变tensile strain

Al组分约为70％＋／－

压应变、张应变与能带工程，外延层内的应变控制，是门大学问！

还有AlGaN／GaN多量子阱有源区的载流子注入、输运与泄漏等问题。

（4） UV LED的外延与芯片问题

半导体深紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。

以AlGaN材料为有源区的深紫外LED的发光波长能够覆盖210nm － 365nm的紫外波段，是实现该波段深紫外LED器件产品的理想材料，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势。

基于MOCVD的深紫外LED外延材料和芯片器件研究工作，须着重解决材料存在的表面裂纹、晶体质量差、铝组分低、无法实现短波长发光和结构材料设计、芯片工艺等问题。

材料是器件性能的基础与核心突破点。

MOCVD反应室 Reactor中Al的“记忆”效应，memory effect，这个真是记忆深刻、乃至可以说刻骨铭心！？？ OELAB的MOCVD师兄弟们～想必如果看到此节必然是会心一笑。

高Al组分下的应变控制是关键。

UV LED的欧姆接触电极制作工艺也是很crucial的～

随之而来的是电流扩展spreading ／ electrodes design，又要不遮光、又要均匀注入～

Flip Chip design seems to be the main stream architecture ～

（5） UV LED的封装主要问题

由于此前作为封装材料使用的环氧类树脂材料在紫外光的作用下，容易出现树脂性能恶化的现象，导致透明性降低，从而使得LED亮度也随之降低。

因此，为了解决LED封装器件因紫外光而出现的性能恶化现象，在封装过程中采用了不使用树脂材料的方法。

通过将LED芯片装入金属封装内，不使用任何其他封装材料而直接用金属壳体及玻璃等盖封住。（这种方法此前一直在GaN类蓝紫色半导体激光器中采用。）

UV LED的封装还有很多其他trick之处。

（6） UV LED的专利简要搜索

刚搜索了下，UV LED相关的美国专利有近60，000条。

前文讲到的Asif Khan这位老兄有186条。