淺談紫外LED（UV-LED） 的發(fā)展與用途

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2015-08-28

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 　　當(dāng)今，以Si、Ge為代表的第一代半導(dǎo)體材料和以GaAs、InP等為代表的第二代半導(dǎo)體材料由于自身缺陷，逐漸不能滿足人們的需求。Si的帶隙較窄且為間接帶隙，擊穿電壓較小，限制了其在光電子領(lǐng)域和高頻大功率器件方面的應(yīng)用；GaAs雖具有優(yōu)良的光電子學(xué)和微電子學(xué)性能，CE認(rèn)證，但它的帶隙較窄，且導(dǎo)熱效率較低，LED射燈，限制了其在可見光、紫外光光電子器件等的應(yīng)用。相比Si、GaAs等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，以III族氮化物、SiC等材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高電子遷移率、抗輻射等特性，適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成光電子器件。

AlGaN材料帶隙和波長(zhǎng)與Al組分的關(guān)系。

　　紫外線光譜范圍為100至400nm，一般細(xì)分為三段：UV-A長(zhǎng)波紫外波段(315至400nm)、UV-B中波紫外波段(280至315nm)、UV-C短波紫外波段（200至280nm）及超深紫外波段（100至200nm）。由于紫外線相比可見光具有更短的波長(zhǎng)，超市照明，行業(yè)資訊，當(dāng)波長(zhǎng)減小到365nm時(shí)，恒光，已需要禁帶寬度大于3.4eV的直接帶隙半導(dǎo)體材料作為器件的基礎(chǔ)材料。在目前的寬禁帶半導(dǎo)體材料中，AlGaN是實(shí)現(xiàn)該波段光源的理想材料，其發(fā)光波長(zhǎng)可以覆蓋210-365nm的紫外光（如圖所示）。因此，AlGaN基的紫外LED是最理想的紫外光替代光源。

　　一些國(guó)外的研究團(tuán)隊(duì)很早就開始了對(duì)近紫外LED的研究。1997年，LED照明企業(yè)，照明產(chǎn)品，Philips的P.M.Mensz制備出了發(fā)光波長(zhǎng)為385nm和412nm的近紫外LED，國(guó)內(nèi)資訊，其光輸出功率為1.5mW。次年，日亞公司的MukaiT等人在LED的量子阱區(qū)域采用InGaN/AlGaN結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)，家用照明，成功研制出輸出功率為5mW的紫外LED，其發(fā)光波長(zhǎng)為371nm，外量子效率(EQE)達(dá)到7.5%。日本光電子實(shí)驗(yàn)室在2001年采用MOPVE側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)（LEO），研制出發(fā)光波長(zhǎng)為382nm，國(guó)內(nèi)資訊，在20mA注入電流下的光輸出功率為15.6mW的近紫外LED，其外量子效率達(dá)到24%；2002年，日本的Motokazu Yamada等人研制的400nm近紫外LED，CCC認(rèn)證，光輸出功率在20mA注入電流下為22mW，外量子效率更是達(dá)到35.5%；2005年，D.S.Wuu等人在圖形藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的410nm近紫外LED，在20mA注入電流下，其光功率和外量子效率分別為10.4mW和14.1%；2008年，設(shè)計(jì)，日本長(zhǎng)州公司的H Sakuta等人報(bào)導(dǎo)的405nm近紫外LED，20mA下的外量子效率達(dá)到46.7%。

　　當(dāng)前紫外LED的應(yīng)用已涉及到各個(gè)領(lǐng)域，除了常見的利用紫外LED激發(fā)RGB熒光粉應(yīng)用在照明領(lǐng)域之外，CE認(rèn)證，其300nm以下的深紫外發(fā)光波段還可以應(yīng)用在紫外線身份驗(yàn)證、殺菌、液體檢測(cè)和分析等領(lǐng)域，300-400nm的紫外光可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)光照治療法、高分子和油墨印刷技術(shù)、辨?zhèn)蔚阮I(lǐng)域。

　　紫外LED在性能方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，普通紫外光源需要外加透鏡才能使出射光線達(dá)到足夠的亮度與均勻性。紫外LED的出射光具有高亮度高集中性等特點(diǎn)，使用能耗低，使用壽命長(zhǎng)。

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