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UV LED市场战争爆发征兆:企业抢占LED芯片技术“先机”

2015-12-09 12:04
姚看江湖
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  紫外(UV)LED是指发射的峰值波长在400nm以下的发光二极管,通常可以分为两类:波长在300~400nm的称为近紫外(NUV)LED;200~300nm的称为深紫外(DUV)LED。UV-LED在众多领域都具有广阔的应用前景,包括UV放电灯的替代光源、荧光光源、显微镜或曝光机的高分辨率光源,以及用于固化、医药、生物研究等的光化学反应光源、用于杀菌消毒的紫外光源等。

  普通的蓝光LED基本采用GaN作为发光材料,但是由于GaN的带隙为3.4eV,芯片内部产生的波长小于370nm的辐射会被GaN吸收。因此,UV-LED大都采用AlGaN作为发光材料。但是AlGaNLED需要1层带隙更大的包覆层,造成了更高的穿透位错密度(ThreadingDislocationDensity,TDD),从而导致发光效率降低。随着辐射峰值波长的减小,LED芯片的外量子效率(EQE)逐渐降低。

  目前NUV-LED的制备技术发展迅速,芯片性能得到了极大的提升。365nm芯片的EQE达到了30%,385nm芯片可达50%,而405nm芯片效率高达60%。常规的NUV-LED芯片单颗输出功率达到了瓦级,可用于树脂固化、曝光机、验钞机等。目前NUV-LED芯片研制以大功率产品为方向,365nmLED的单颗输出功率可达到12W;而这些大功率LED的价格随着批量生产而大幅下降,因此真正可以实用化。

  DUV-LED芯片受制于技术难点,目前效率仍然比较低,仅不到2%,且价格昂贵,只能局限于实验室应用或小功率的效果验证。改进DUV-LED制备工艺、提高芯片效率,是目前相关研究机构和企业的重要研究方向。

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  日本RIKEN的Hirayama等人采用NH3脉冲气流多层生长方法,成功地在蓝宝石衬底上横向外延生长(EpitaxialLateralOvergrowth,ELO)AlN基板,大幅度降低了位错密度,并在此基础上制备了222~282nm的DUV-LED。通过氨脉冲气流多层生长方法,先在蓝宝石上生长初始的AlN条纹层;然后采用低气压有机金属化学气相沉积(LPMOCVD)方法,生成宽度为5μm、间距为3μm、厚度约15μm的ELO-AlN条纹结构基板。

  投射电镜图像显示,ELO-AlN层边缘穿透位错密度为3×108cm-2。270nm的AlGaN多量子阱(MQW)DUV-LED芯片结构如图所示,其峰值波长为273nm,室温下连续波工作,最大输出功率可以达到2.7mW。而在室温下连续波工作时,波长241nm和256nm的AlGaN量子阱LED的最大输出功率分别为1.1mW和4.0mW;在室温下脉冲状态工作时,227nm和222nmAlGaN量子阱LED的最大输出功率分别为0.15mW和0.014mW;227nm和250nmAlGaNLED的最大EQE分别为0.2%和0.43%。

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