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技术 | Technology – UV LED

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是这类器件的制造技术还处于初期阶段，大规模 采用此方法时，穿透位错密度约为 3×10 cm 。
制造尚未开始。 在更短的波长上，位错对于效率的危害更大。
另外，还存在与性能相关的其他问题。UV 为防止产生这种问题，我们的 UVC LED 的制造
LED 的转换效率远低于蓝光 LED，在 UVB 和 以外延横向过生长为起点，旨在把穿透位错密度
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UVC 波长范围内低于 10%。而且寿命短得多 ： 降低至 1×10 cm 左右。
UVC LED 的持续工作时间可能只有几千小时， 目前，我们正在研究其他有前途的成本效
甚至区区几百小时。这些弱点增加了与拥有和维 益型方法以降低穿透位错密度。这些方法包括将
护相关的成本，并阻碍其在商业上获取成功及得 AlN 薄膜溅射到蓝宝石衬底上，然后在高温条件
到广泛应用。 下退火，以获得高质量的结晶层。
为了提高 UV LED 的商业可行性，必需延长 我们的 UV LED 结构的生长始于硅掺杂 n 型
寿命并改善电光转换效率和外部量子效率。好消 AlGaN 层，它必须将发射波长上的光透明性与
息是，在大多数情况下，这几种特性的数值不会 用于实现均匀横向电流散布的高导电性相结合。
受到基本物理极限的抑制，而是可通过改进制造 位于其后的是活性区，包含了若干个 AlGaN 或
工艺实现提高。 InAlGaN 量子阱，接下去是一个电子阻挡层（其
作用是阻止电子从活性区逸出）和一个高导电性
开发高效率器件 掺镁 p 型 AlGaN 层（用于空穴注入）。
在 UV PHOTONICS，通过与柏林工业大学 运用标准光刻法将这些 LED 外延片加工成
(TU Berlin) 和费迪南德 - 布劳恩研究所 (FBH) 共 横向几何结构器件。随后是激光划片和切片工艺，
同建立的 GaN 光电子联合实验室进行合作， 我们 以制成单独的裸片。通过采用这种方法，我们造
正在努力解决 UV LED 所存在的这些主要弱点。 出了在 350 mA 电流条件下输出功率达 30 mW
我们的工作专注于提高采用 MOCVD 工艺生长、 的 310 nm UVB LED。在老化之后，推测的寿命
并在 UVB 和 UVC 波长范围内发射能量的器件的 （按照输出功率减半所需的时间来估算）为 8,000
效率和可靠性。我们制作的器件的发射波长覆盖 小时。
范围为 340 nm 至 218 nm（见图 1）。 正如预计的那样，波长较短时的输出功率降
为了推动开发成本更低、功能更强大和寿命 低 ：在位于 UVC 波长范围内的 265 nm，我们的
更长的器件，我们正在评估和优化 LED 制造过程 器件在 350 mA 时可提供 25 mW 的输出功率。而
的每一步，从具有各种材料成分的不同半导体层 在更短的 233 nm 波长上，100 mA 时的输出功率
（其构成了 LED 异质结构）的生长到个别芯片的 则仅为 0.3 mW。需要注意的是，这个结果是采用
封装都包含其中。 世界上最早推出的全封装型 UVC LED 中的一款
对于所有的 UV LED 制造商来说，第一个需
要做出的决定是选择哪种衬底。我们选择的是蓝
宝石 ：它是光学透明的，成本低，可提供的最大
光输出(任意单位)
直径达 8 英寸。
蓝宝石的缺点是它与 UV LED 的 AlGaN 层
具有很大的晶格失配。在晶体生长过程中，这导
致在界面上形成穿透位错。假如这些缺陷传播到
生成光的活性区，它们就会充当无辐射复合中心，
因而阻碍器件效率的提高。从仿真和试验结果来
看，这种影响是非常严重的 ：当穿透位错密度从
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1×10 cm 增至 5×10 cm 时，280 nm LED 的
输出功率会锐减 50% 以上。
发射波长(nm)
为了降低 UVB LED 中的穿透位错的不良影
响，我们使用了厚的 AlN 层，跟随其后的是由交 图1. 在柏林工业大学 (TU Berlin) 和柏林费迪南德-布劳恩研究所
(FBH Berlin) 共同建立的 GaN 光电子联合实验室里制作、基于 Ⅲ
替的 GaN 和 AlN 薄层组成的应力管理部分。当 族氮化物的 UV LED 的归一化发射光谱（版权所有：TU Berlin）

22 化合物半导体 2019年第2期 www.compoundsemiconductorchina.net