所謂的紫外線（Ultraviolet Rays/簡寫 UV）就是指太陽光線中紫色之外的肉眼看不見的光線。紫外波段依據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），對應不同波長，具體應用有所不同。

由 LED 而延伸出來的紫外光 UV LED，其應用領域廣泛，市場放量機會巨大。通過技術手段，合理正確利用紫外光，能將紫外光的功能發揮到極致，成為人類的福祉。但目前UVLED在芯片制造上還面臨幾大技術困難。

1、UV LED面臨的技術困難

（1）獲取更短的波長技術難度大

從技術角度而言，普通的藍光 LED 基本采用 GaN 作為發光材料，但是由于GaN 的帶隙為 3.4eV，芯片內部產生的波長小于 370nm 的輻射會被 GaN 吸收。因此，UV-LED 大都采用 AlGaN 作為發光材料。而 AlGaN LED 需要1層帶隙更大的包覆層，造成了更高的穿透位錯密度，從而導致發光效率降低。隨著輻射峰值波長的減小，UV-LED 芯片的外量子效率逐漸降低。也就是說，要獲取更短的波長，技術難度更大，需要從事 UV-LED 芯片廠家對應用技術研究有個持續突破的過程。

（2）高 Al 組分 AlGaN 的材料的外延生長困難

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，導致空穴不足，導電性和發光效率銳降；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。

（3）量子效率低

深紫外 LED 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 產品的量子效率往往只有 1%—2%。這與淺紫外和藍光 LED 的水準顯然相去甚遠。

2. 解決方案

針對這些技術難點，目前已經發展出一些解決方案，如 AlN 同質襯底技術、納米圖形襯底外延技術（NPSS）和透明p型層技術等等。

（1）倒裝結構及P層

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 一般采用倒裝結構，如下圖所示。在圖所示的外延結構中可以看到，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。

（2）襯底技術

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，平面藍寶石襯底導致嚴重的界面全反射，大量的紫外光限制在外延層中出不來。

針對這些難題，近些年國內外已有一些研究突破。日本名城大學的研究人員通過在 DUV LED 藍寶石背面制作蛾眼(moth-eye)結構獲得了 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果顯示，納米柱結構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。中國科學院半導體研究所通過采用納米圖形襯底技術，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、襯底剝離及垂直結構芯片等技術都可以幫助進一步提升深紫外 LED 的光輸出功率。（此文章來源于UV行家說，如有問題聯系昀通刪文）

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