所謂的紫外線（Ultraviolet Rays/簡(jiǎn)寫 UV）就是指太陽(yáng)光線中紫色之外的肉眼看不見(jiàn)的光線。紫外波段依據(jù)波長(zhǎng)通常可以劃分為: 長(zhǎng)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(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)，具體應(yīng)用有所不同。

由 LED 而延伸出來(lái)的紫外光 UV LED，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)放量機(jī)會(huì)巨大。通過(guò)技術(shù)手段，合理正確利用紫外光，能將紫外光的功能發(fā)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(shù)困難。

1、UV LED面臨的技術(shù)困難

（1）獲取更短的波長(zhǎng)技術(shù)難度大

從技術(shù)角度而言，普通的藍(lán)光 LED 基本采用 GaN 作為發(fā)光材料，但是由于GaN 的帶隙為 3.4eV，芯片內(nèi)部產(chǎn)生的波長(zhǎng)小于 370nm 的輻射會(huì)被 GaN 吸收。因此，UV-LED 大都采用 AlGaN 作為發(fā)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(cuò)密度，從而導(dǎo)致發(fā)光效率降低。隨著輻射峰值波長(zhǎng)的減小，UV-LED 芯片的外量子效率逐漸降低。也就是說(shuō)，要獲取更短的波長(zhǎng)，技術(shù)難度更大，需要從事 UV-LED 芯片廠家對(duì)應(yīng)用技術(shù)研究有個(gè)持續(xù)突破的過(guò)程。

（2）高 Al 組分 AlGaN 的材料的外延生長(zhǎng)困難

與 GaN 基藍(lán)光 LED 相比，深紫外 LED 的研制面臨著許多獨(dú)特的技術(shù)困難，如：高 Al 組分 AlGaN 的材料的外延生長(zhǎng)困難，一般而言，Al 組分越高，晶體質(zhì)量越低，位錯(cuò)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(dǎo)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(dǎo)致空穴不足，導(dǎo)電性和發(fā)光效率銳降；同時(shí)紫外 LED 往往在平面藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)，出光效率低。

（3）量子效率低

深紫外 LED 的 EQE 基本不超過(guò) 10%，大部分量子效率在 5%以下。實(shí)際上，目前可購(gòu)買的 UVB、UVC 波段 LED 產(chǎn)品的量子效率往往只有 1%—2%。這與淺紫外和藍(lán)光 LED 的水準(zhǔn)顯然相去甚遠(yuǎn)。

2. 解決方案

針對(duì)這些技術(shù)難點(diǎn)，目前已經(jīng)發(fā)展出一些解決方案，如 AlN 同質(zhì)襯底技術(shù)、納米圖形襯底外延技術(shù)（NPSS）和透明p型層技術(shù)等等。

（1）倒裝結(jié)構(gòu)及P層

深紫外LED往往使用pGaN作為p型歐姆接觸層，有時(shí)候這一層的厚度會(huì)達(dá)到上百納米，而 pGaN 對(duì)于量子阱發(fā)出的深紫外波段光線有強(qiáng)烈的吸收，因此深紫外 LED 一般采用倒裝結(jié)構(gòu)，如下圖所示。在圖所示的外延結(jié)構(gòu)中可以看到，通過(guò)采用對(duì)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(wèn)題，提升深紫外 LED 器件的光提取效率。

（2）襯底技術(shù)

限制深紫外LED器件光提取效率的另一個(gè)重要因素是平面藍(lán)寶石襯底，平面藍(lán)寶石襯底導(dǎo)致嚴(yán)重的界面全反射，大量的紫外光限制在外延層中出不來(lái)。

針對(duì)這些難題，近些年國(guó)內(nèi)外已有一些研究突破。日本名城大學(xué)的研究人員通過(guò)在 DUV LED 藍(lán)寶石背面制作蛾眼(moth-eye)結(jié)構(gòu)獲得了 1.5 倍的光提取效率提升。美國(guó)研究人員通過(guò)在 280 nm DUV LED 的藍(lán)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(guó)研究人員的模擬結(jié)果顯示，納米柱結(jié)構(gòu)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(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所通過(guò)采用納米圖形襯底技術(shù)，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(lái)的光提取增強(qiáng)效果。此外，紫外波段高反射電極、襯底剝離及垂直結(jié)構(gòu)芯片等技術(shù)都可以幫助進(jìn)一步提升深紫外 LED 的光輸出功率。（此文章來(lái)源于UV行家說(shuō)，如有問(wèn)題聯(lián)系昀通刪文）

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