UV LED 1年内多次突破，来自东莞这一团队

UVLED风向 · 2022-09-23

开发出高功率密度UV集成光源日前，广东省松山湖材料实验室第三代半导体团队和北京大学王新强教授团队合作，采用COB集成技术设计开发了275 nm、265 nm及255 nm三种波长的瓦级输出功率的深紫外LED集成光源，其最高输出功率达到1.88 W。

开发出高功率密度UV集成光源

日前，广东省松山湖材料实验室第三代半导体团队和北京大学王新强教授团队合作，采用COB集成技术设计开发了275 nm、265 nm及255 nm三种波长的瓦级输出功率的深紫外LED集成光源，其最高输出功率达到1.88 W。

据了解，光源采用密集排布的芯片阵列，195颗芯片以15串13并的方式接入电路，发光区域仅为3.4 cm × 3.4 cm，出光均匀。通过采用AlN高导热陶瓷基板，并配备铜散热板和散热风扇，有效地提高了集成光源的散热性能。由于其极高的输出功率，深紫外LED集成光源展示了优异的杀菌效果。

对于表面杀菌场景，1s内即实现了对距离5 cm处的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌等多种代表性致病菌的99.9%以上的杀灭。对于空气杀菌场景，通过将其与L型铝制风管（带有鼓风风扇）结合制备而成的空气杀菌模组，30min内实现了对20m3空间内空气中的白色葡萄球菌超过97%的杀灭。

同时，采用三种不同波长的深紫外LED集成光源进行了最佳杀菌波长的探索，结果表明，在相同辐照剂量下，对于金黄色葡萄球菌，265 nm和255 nm紫外线的杀灭率相当，均大于275 nm紫外线的杀灭率，说明其最佳杀菌波长可能在260 nm左右，与DNA的吸收峰相吻合。该工作展示了高功率深紫外LED集成光源的优异杀菌效果，以及未来在杀菌消毒领域应用中的巨大潜力。

后续，该团队将继续基于新开发的高电光效率（WPE>5%）、多发光波长（255~325 nm）的UVC/UVB-LED芯片，进行更高功率的紫外LED集成光源的开发及应用场景探索。

图1. 深紫外LED集成光源的（a）光输出功率与电流关系曲线，插图为其实物图；（b）电压与电流关系曲线；（c）电光转换效率与电流关系曲线；（d）归一化光谱。

图2. 深紫外LED集成光源的表面杀菌效果图。（a）金黄色葡萄球菌，杀菌前；（b）大肠杆菌，杀菌前；（c）白色念珠菌，杀菌前；（d）金黄色葡萄球菌，杀菌后；（e）大肠杆菌，杀菌后；（f）白色念珠菌，杀菌后。

高亮度、高调制带宽深紫外Micro-LED阵列

4月，北京大学与松山湖材料实验室、复旦大学、东莞中晶半导体有限公司联合利用阵列互联微米化技术路线，成功实现了高亮度、高调制带宽深紫外Micro-LED阵列的研制。

（a） PAP-0101与商用1020规格DUV-LED光输出功率（LOP）随注入电流密度变化情况，插图为PAP-0101点亮图片;

（b）AP-0101与商用1020规格DUV-LED电光转换效率（WPE）随注入电流密度变化情况;

（c）PAP-0101在不同输入电流密度下的-3 dB调制带宽;

（d）PAP-0101在不同信号调制深度（VPP）下的误码率-通信速率关系。

该阵列制备过程中，研究人员发展了一种互联阵列平面Micro-LED（Paralleled-arrayed planar Micro-LED, PAP-μLED）的器件制备策略，改善了电流扩展和应力分布均匀性，解决了传统大尺寸LED电流拥挤和器件内部的光吸收损耗问题，并削弱了张应力转变带来的横向（Transverse-magnetic, TM）模式出光，进一步提高了光提取效率，实现了高注入电流密度下亮度、电光转换效率以及调制带宽的集体提升。

该科研成果的出炉，有望大幅度提升产业化深紫外LED的器件性能并扩展其应用领域，实现杀菌消毒和日盲通信等跨领域应用功能的集成。

首次成功实现了4英寸表面平整无裂纹高性能UVC-LED外延片

北京大学王新强教授团队及其松山湖材料实验室第三代半导体团队深入合作，通过在高结晶质量HTA-AlN上设计引入3D-2D应力调制层，在以压应力为主的HTA-AlN表面外延制备了一层张应力的氮化铝过渡层，成功的兼容了压应力压制裂纹与张应力降低表面粗糙度的双重优点。

该工作最终在前期团队制备的4英寸高质量HTA-AlN基础上首次成功实现了4英寸表面平整无裂纹高性能UVC-LED外延片。通过对外延片及所制备LED芯片的进一步性能测试，如图(c)-(g)，4英寸UVC-LED外延片/芯片展现出了均匀性优异、高单色性、高发光功率等一系列优点。该工作为实现UVC-LED与传统蓝光LED工艺的无缝对接铺平了道路，能够降低制造成本从而推动了UVC-LED的普及。

图 (a) 4英寸HTA-AlN模板上通过MOCVD制备的UVC-LED结构示意图；(b) UVC-LED在MQWs区域的HAADF-STEM图像；(c) 方块电阻分布图(单位：Ω/sq)；(d) PL波长分布图(单位：nm)和(e)应变调制HTA-AlN模板上4英寸UVC-LED晶片的EL照片；(f) HTA-AlN模板上倒装UVC-LED芯片的EL发光谱和(g)输出功率曲线。

END

▼