解读紫外LED发展现状,除了杀菌还有啥用?

信息来源:中原创科技 | 发布日期:2017-04-25 | 点击数:784次
在图2所示的外延结构中,可以看到,深紫外LED往往使用pGaN作为p型欧姆接触层,有时候这一层的厚度会达到上百纳米,而pGaN对于量子阱发出的深紫外波段光线有强烈的吸收,因此深紫外 LED一般采用倒装结构,如图3所示。通过采用对于深紫外光透明的pAlGaN层、减小pGaN层的厚度,可以有效缓解这一问题,提升深紫外LED器件的光提取效率。限制深紫外LED器件光提取效率的另一个重要因素是平面蓝宝石衬底,平面蓝宝石衬底导致严重的界面全反射,大量的紫外光限制在外延层中出不来。对于UV-C LED,这一问题尤为严重,随着 Al 组分的增加和波长的减小,发光从TE 模式主导逐渐向 TM 模主导转化,而TM 模的光提取效率不到TE模的十分之一。

 


针对这些难题,近些年国内外已有一些研究突破。日本名城大学的研究人员通过在 DUV LED 蓝宝石背面制作蛾眼(moth-eye)结构获得了1.5倍的光提取效率提升。美国研究人员通过在 280 nm DUV LED 的蓝宝石背面制作微透镜阵列,在 20 mA 注入电流下光输出功率提高 55%。韩国研究人员的模拟结果显示,纳米柱结构能够非常有效的提高 DUV LED 的光提取效率,尤其是增加 TM 的光提取。中国科学院半导体研究所通过采用纳米图形衬底技术(如图4所示),在20 mA 的注入电流下,将283 nm DUV LED 的光输出功率由 1.5 mW 提高至 3 mW,外量子效率提升近一倍(如图5所示),其中很重要的提升因素源于纳米图形衬底带来的光提取增强效果。此外,紫外波段高反射电极、衬底剥离及垂直结构芯片等技术都可以帮助进一步提升深紫外LED的光输出功率。

 


尽管目前深紫外LED的效率和功率还不是很理想,但是可以初步应用于不少健康领域,因此近年来不断涌现出采用深紫外LED的消毒牙刷、水杯等各种新型应用产品。实际上,毫瓦级的深紫外光在很多具体场景中就足以实现良好的杀菌消毒效果。其原理在于,深紫外光源通过破坏微生物的DNA和RNA阻止其繁殖,实现高效快速的广谱杀菌。数据显示,仅以30mW/cm2的UVC紫外辐照强度,一秒钟即可对绝大部分细菌实现近乎100%的杀灭,效果非常显著,可以广泛应用于医疗卫生领域。在个人健康和家庭卫生领域,紫外光可以用于水杯碗筷消毒、空气净化除菌、杀灭螨虫、鞋袜杀菌除臭、婴儿奶瓶消毒等等,用武之地简直不可胜数。而对于UVB波段特定波长的紫外线,可以为银屑病、白癜风等皮肤病和一些难治的疾病提供了优良解决方案。