固态紫外线光源现状和技术挑战

在过去的十年里，固态照明行业创造了数万亿美元的收入，引领了全球照明领域的能源革命。然而，传统的固态照明应用已经日趋成熟，市场也逐渐饱和。新一代紫外特殊照明、植物照明、车用照明、小间距显示等多元化高端应用市场逐渐兴起，成为固态照明领域新的增长点和爆发点。UVA波段365~405nm，2021年需求24万片，2026年预计达65万片，固化市场需求稳步递增；UVC波段265~285nm，2019-2020年疫情下UVC迎来爆发式增长，2021后有所回落进入新的调整期，行家说统计报道，UVC芯片需求2021年约6万片（2“) ，2026年预计达25万片。UVB波段300~320nm，除大家熟知的植照和医疗应用外，业内也在积极开拓功率短波固化应用市场。

 

近期，在第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）“光医疗与紫外LED创新应用峰会”上，厦门三安光电有限公司芯片开发部经理兼工艺处处长臧雅姝做了“固态紫外线（UVA/B/C）光源现状和技术挑战”的主题报告，分享了最新研究进展。

 

紫外LED光源波长从250nm至420nm，跨越了UVA、UVB、UVC三个紫外波段。尽管紫外固态光源已在工业和消费电子方面获得了广泛的应用，但是不同波段的紫外LED光源在规模化生产上仍存在不同的技术挑战。

UVA波段的光源器件当前已可实现较高的电光转换效率，成功取代汞灯光源成为光固化和光催化等应用领域的第一选择，但是，UVA固态光源的电光效率的仍有较大的提升空间。

而对于UVB和UVC波段的LED器件，随着量子结构Al组分含量升高，高晶体质量、高稳定性的材料制备存在的挑战越来越高。

同时，UVC波段深紫外LED器件如何降低自吸收，突破光提取效率也是提升WPE的关键。其研究工作中，重点聚焦高晶体质量AlxGa1-xN外延技术，通过采用NPSS和超晶格插入层等测量减少量子结构的缺陷和应力；并创新引入高反射电极体系来提升LED器件的光子提取效率，从而推动紫外（UVA/B/C）全线产品在性能上获得突破。

报告中详细介绍了UVA芯片技术领域的改进计划、DUV芯片技术领域的改进计划、紫外线产品和应用市场的最新进展，涉及385/395 nm波段产品技术阶段进展、365 nm波段产品技术阶段进展、DUV产品技术阶段进展、底层AlN quality 改善材料缺陷密度、AlN Void Structure 增强光提取、高能低耗深紫外元件研发等内容。

其中，高能低耗深紫外元件研发中的“n-Ga(Al)N 电极体系欧姆接触形成机理研究”，n型高Al组分AlGaN与传统Ti基金属电极高温退火时，界面处易形成TiN岛。Au会沿TiN岛表面扩散到AlGaN材料内形成AuGa化合物，进而在金-半界面形成空隙、降低金属电极膜层的平整度。设计n type电极结构优化熔合条件有效改善平整度、同时减少接触阻抗。探索高效能芯片叠层结构解决高Al组分AlGaN掺杂困难导致载流子迁移率低的问题；优化n hole 尺寸r和n to n距离d实现最低n type接触阻抗和最佳扩展电流，实现WPE ~17%提升。

审核编辑：刘清