武大大学，紫外LED研究一年多次获突破

UVLED风向 · 2023-12-12

行家说UV 导读：

行家说UV了解到，武汉大学在2023年一年中，多次在紫外LED研发上获得突破。

▊对多种呼吸道病毒均可实现10秒>99.99%灭活效率的病菌消杀

6月15日，武汉大学病毒学国家重点实验室与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所合作发表关于AlGaN的深紫外LED灯研究，研究发现深紫外LED灯对多种呼吸道病毒均可实现10秒>99.99%灭活效率的病菌消杀。

据了解，该研究团队通过在强压应力高温热退火AlN/Sapphire模板和AlGaN外延层之间插入了AlN/AlGaN超晶格，改善了AlGaN外延层晶体质量和表面平整度（图2），并在此基础上开发的三款不同波长的深紫外LED灯（波峰分别为256 nm，265 nm和278 nm），具有更优的光功率密度。

图2. 深紫外灯的结构和性能特征。（a）深紫外灯的结构图。（b）（105）晶面的倒易空间XRD。（c–e）p-AlGaN空穴注入层、多量子阱和电子阻挡层（图a区域1、2和3）的截面高角环形暗场扫描电子显微图像。（f）电流-电压和电致发光光谱曲线。（g）光输出功率和外量子效率曲线。（h）电流100 mA时，光功率密度随距离变化曲线。

其中，波峰256 nm的深紫外LED灯在10秒内对新冠病毒的消杀效率高达100%（病毒初始滴度大于2.3万PFU，照射距离为4 cm）、对流感病毒和副流感病毒也能实现>99.99%的消杀效率（图3）。研究团队发现256 nm深紫外灯在钢材、玻璃等平滑表面效率最高，10秒可消灭100%的病毒，在塑料、泡沫板、纸等粗糙表面也分别维持了99.97%、99.85%和99.46%的消灭率，在粗糙表面上只需进一步延长消杀时间即可实现100%的灭活效果。

▊武汉大学使用内部粗糙的蓝宝石和SiO₂抗反射膜改进

日前，武汉大学和宁波ANN Semiconductor团队使用内部粗糙的蓝宝石和SiO₂抗反射膜改进275nm DUV LED的光输出功率，在350mA时提高了20.85%。

基于AlGaN的DUVLED具有广泛的应用，包括水净化、杀菌、除臭和传感。但基于AlGaN 的 DUV LED的性能仍远低于商用的基于GaN的蓝光LED，原因是AlGaN基DUV LED有源区中的主要横向磁 (TM) 光沿垂直于表面的方向偏振，并主要在横向方向传播，导致光提取效率 (LEE) 较低。为此研究团队尝试将涂有SiO₂抗反射膜的内部粗糙化蓝宝石基板引入到基于AlGaN的DUV LED 中，以增强LOP。

加入UV LED群，可添加岑夕（cenxitalk）

实验结果表明，与传统的DUV LED相比，所提出的DUV LED的LOP在350 mA 时提高了20.85%。有限差分时域数值模拟表明，内部粗糙化蓝宝石衬底显着改善了高角度提取，而 SiO₂抗反射膜改善了低角度提取。因此，DUV LED中TM 偏振光的LEE得到显着改善。

武汉大学教授周圣军表示，在实验中发现内部粗化蓝宝石的气孔结构增强了光散射以减少全内反射，这有利于高角度光提取。此外，由于反射光的相消干涉，SiO₂减反射膜有利于低角度光提取。

▊开发大功率AlGaN基超薄隧道结深紫外LED芯片

与传统汞灯相比，AlGaN基深紫外LED芯片在杀菌消毒、紫外光疗、水净化和光电探测等领域有广泛的应用价值。

然而，目前深紫外LED芯片的p-GaN接触层对深紫外光有强烈的吸收损耗，导致器件的光提取效率低。因此，开发一种低阻和高深紫外透光性的接触层代替p-GaN接触层，是进一步提升深紫外LED芯片电光转换效率的关键。

隧道结是一种重掺杂的p+-n+结半导体结构，在外加电压作用下，p区价带电子可以穿过禁带进入n区导带。将AlGaN基隧道结和深紫外LED相结合，有助于解决目前深紫外LED存在的光提取效率低的问题。

武汉大学周圣军团队在深紫外LED中引入了AlGaN基超薄隧道结（26 nm），最大限度地减少AlGaN基隧道结的体电阻，使发光波长为275 nm的大功率超薄隧道结深紫外LED芯片的正向电压从8.2 V降至5.7 V。同时，利用AlGaN基超薄隧道结对深紫外光的高透光性，降低了接触层的吸光损耗，使AlGaN基超薄隧道结深紫外LED芯片的电光转换效率相比于采用p-GaN接触层的深紫外LED芯片提升了5.5%。

集成超薄隧道结深紫外LED芯片阵列的深紫外光源在表面灭活实验中表现出优异的杀菌性能，为开发用于生物医学测试、空气和水净化以及杀菌消毒的大功率深紫外光源提供了理论和技术支持。

来源：综合整理

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