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技术 | Technology – UV LED

致从芯片提取光的效率较低。
大量的试验和理论研究结果表明，偏振从横
向电性切换至横向磁性时的波长在 240 nm 附近。
不过，这个渡越点可通过改变衬底取向以及量子
衬底 阱内的应变和量子限制进行移位。
对于未配备任何光提取功能的典型 UVB
LED，仿真结果显示 ：在活性区中生成的光只有
AlN / AlGaN超晶格
8% 离开了芯片。这个数值在较短的波长上则更
量子阱
p-AlGaN
p金属
小。因此，光提取技术对于实现高效率器件是至
焊料
焊料 关重要的。
我们的团队正在开发两种用于提升光提取效
基板
率的方法 ：结合了一个反射式低电阻 p 金属触点
的透明 p 电流散布层（例如 ：连同一个铝反射器
图2. 采用倒装式芯片安装并基于 Ⅲ 族氮化物的 UV LED 裸片。 的透明 ITO 层）；以及在图形化蓝宝石衬底上的
（版权所有：TU Berlin）
晶体生长。使用后一种方法时，通过增加光的直
在这么短的波长上产生单个发射峰值时获得的。 接提取以及 LED 中光子角分布的随机化，升高了
光提取效率。
把光取出来
在每个 LED 中，并不是所有在活性区内生成 封装方面存在的瓶颈
的光都离开芯片。但是，这种情况在 UV LED 中 低电光转换效率不利的一面并不限于低输出
更加严重，因为 AlGaN 层的高折射率增加了总的 功率。从芯片提取的光越少，在芯片内部产生的
内部反射，从而在器件内部导致了 UV 光吸收量 热量就越多。这是个大问题，因为较高的温度会
的上升。特别地，在金属触点和 p-AlGaN 空穴注 损害 LED 的电特性和光特性，而且还将加速其性
入层上会发生光丢失。 能的退化。
UV LED 的另一个问题是光提取效率受到 Ⅲ 防止 UV LED 芯片发生过热的最常用方法是
族氮化物价带结构变化的影响。当发射波长由于 采用倒装焊芯片技术将低导热性蓝宝石裸片键合
量子阱中铝含量的增加而减小时，发射光的偏振 至一种能够吸走热量的材料。通过运用该方法，
发生变化。在较长的波长上，发射主要是横向电 裸片以外延片侧面朝下的方式键合，从而使热量
性偏振（相对于面向 (0001) c 平面的蓝宝石衬底 能够高效地传递至金属焊盘（见图 2）。
的表面法向），但是，当发射波长进一步深入 UV 如果把这种倒装式芯片器件与常用于可见光
范围时，偏振变成以横向磁性为主。这种取向导 LED 的廉价、容易采购、且导热性有限的氧化铝

UV 光源的应用

有许多应用可由工作在 UVA（315 nm 至 400 nm）、UVB（280 nm 至 315 nm）和 UVC（100nm
至 280 nm）波长范围内的 LED 提供支持。
在 UVA 和 UVB 波长范围内发射能量的 LED 可用于树脂和聚合物的工业固化，这是一种使物
体表面变硬并能生产耐磨产品的工艺。不过，UVB LED 的主要应用是治疗诸如银屑病和白癜风等
皮肤病的光疗，以及用于植物次生物质针对性触发的植物生长照明。
对于 UVC LED 来说，最大的市场是水、空气和表面消毒。这里，发射电路的快速接通以及
电子式调光能力和紧凑型尺寸为设计专门针对大规模应用和小型移动系统而定制的节能型系统提
供了独特的优势。对于非常短波长的 UVC LED，也存在着与非视距通信及引力传感器领域中的基
本科学实验相关的市场机遇。
UVB 和 UVC LED 的其他市场机遇包括气体（例如 ：SO 2 ，一氧化二氮和氨）的检测，以及

DNA、RNA 和其他生物分子的分析。

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2019年第2期 23