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“涨姿势”时间到︱浅谈紫外LED(UV-LED)的发展与用途
(文/国星光电照明事业部副总经理、照明研发部主任 刘宗源博士)
当今,以Si、Ge为代表的第一代LED照明材料和以GaAs、InP等为代表的第二代LED照明材料由于自身缺陷,逐渐不能满足人们的需求。Si的带隙较窄且为间接带隙,击穿电压较小,限制了其在光电子领域和高频大功率器件方面的应用;GaAs虽具有优良的光电子学和微电子学性能,但它的带隙较窄,且导热效率较低,限制了其在可见光、紫外光光电子器件等的应用。相比Si、GaAs等传统LED照明材料,以III族氮化物、SiC等材料为代表的第三代LED照明材料具有宽禁带、高击穿电场、高电子迁移率、抗辐射等特性,适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成光电子器件。
紫外线光谱范围为100至400nm,一般细分为三段:UV-A长波紫外波段(315至400nm)、UV-B中波紫外波段(280至315nm)、UV-C短波紫外波段(200至280nm)及超深紫外波段(100至200nm)。由于紫外线相比可见光具有更短的波长,当波长减小到365nm时,已需要禁带宽度大于3.4eV的直接带隙LED照明材料作为器件的基础材料。在目前的宽禁带LED照明材料中,AlGaN是实现该波段光源的理想材料,其发光波长可以覆盖210-365nm的紫外光(如图所示)。因此,AlGaN基的紫外LED是最理想的紫外光替代光源。
一些国外的研究团队很早就开始了对近紫外LED的研究。1997年,Philips的P.M.Mensz制备出了发光波长为385nm和412nm的近紫外LED,其光输出功率为1.5mW。次年,日亚公司的MukaiT等人在LED的量子阱区域采用InGaN/AlGaN结构,成功研制出输出功率为5mW的紫外LED,其发光波长为371nm,外量子效率(EQE)达到7.5%。日本光电子实验室在2001年采用MOPVE侧向外延生长技术(LEO),研制出发光波长为382nm,在20mA注入电流下的光输出功率为15.6mW的近紫外LED,其外量子效率达到24%;2002年,日本的Motokazu Yamada等人研制的400nm近紫外LED,光输出功率在20mA注入电流下为22mW,外量子效率更是达到35.5%;2005年,D.S.Wuu等人在图形蓝宝石衬底上生长的410nm近紫外LED,在20mA注入电流下,其光功率和外量子效率分别为10.4mW和14.1%;2008年,日本长州公司的H Sakuta等人报导的405nm近紫外LED,20mA下的外量子效率达到46.7%。