年度观察|2023年五大紫外LED技术突破

UVLED风向 · 2024-01-10

行家说UV 导读：

2023年紫外LED在外延、材料，衬底、应用方面都有技术突破，其中有5项较为业内关注！

▋采用三维结构石英透镜封装DUV-LED

据相关媒体报道，华中科技大学陈明祥教授团队和深圳信息职业技术学院王新中教授团队合作，采用三维结构石英透镜封装DUV-LED。

三维结构石英透镜封装DUV-LED工艺流程

据了解，他们团队通过建立三维石英透镜封装的DUV-LED光学模型，模拟分析了DUV-LED输出光功率、输出光分布曲线、输出光能密度分布等；之后进行封装实验和性能测试。在140mA下，与现有平面石英透镜封装相比，三维石英透镜封装使DUV-LED输出光功率提高25.93%，且光输出角度提高到153.2°。该研究表明，采用三维结构石英透镜封装能够显着增强DUV-LED侧壁光提取。

▌东京农业技术等大学在AlN衬底取得突破

日前，由东京农业技术大学、Tokuyama Corporation、Fujitsu Limited和波兰高压物理研究所组成的研究团队对外声称合作开发高结构质量的AlN衬底方面取得了重大突破，该基板在紫外线下具有优异的透明度。

据悉，该研究团队使用一种新的Taiyo Nippon Sanso HVPE反应器来抑制寄生反应，使得AlN能够以150-170µm/hr的生长速度沉积。由此产生的AlN保留了通过物理蒸汽传输（PVT）生长的种子的结构质量，同时降低了抑制深紫外透明度的杂质密度。在先前的研究中，使用PVT生长的种子和选择性生成AlCl₃，其不与石英反应，HVPE方法产生具有深紫外透明度和10³cm-2量级位错密度的结晶AlN。然而，寄生反应将生长速度限制在几十微米——这远远低于PVT的生长速度，在2230°C时，PVT的增长速度可达150-170µm/hr。而该团队的Taiyo Nippon Sanso HVPE_A111基于石英的卧式反应器抑制了这些寄生反应。

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▋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。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。

▋武大一团队研发出大功率AlGaN基超薄隧道结深紫外LED芯片

从武汉大学了解到，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。

▋高精度光学加工，这一团队用UV-LED技术成突破点

为了实现低成本的高精度光学加工，德国汉诺威大学的郑蕾博士所在研究团队提出了一种以UV-LED为光源，通过标准光学元件和显微物镜将图案转移到基板上的投影光刻方法——UV-LED显微镜投影光刻（MPP），并基于此开发了一套简单、低成本、易操作的MPP装置（如图1a所示），实现快速且高分辨率的2D微纳光学器件加工。

图1：MPP装置示意图（a）和完整的加工工序图（b）

为了能够更方便地制备加工所需的模板，研究人员也开发了一套涵盖了从结构设计及打印，铬掩模版制备到MPP加工光学器件的完整工序（示意图如图1b所示）。

在制备铬掩模版时，研究人员对比了分别用普通非球面透镜和Tessar镜头将透明薄片上结构图案转移至空白铬掩模版后的精度和质量，并对这个工序的光学系统进行优化。利用制备好的掩模版，研究人员可利用MPP加工最终的光学结构。

来源：行家说UV综合整理

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