所谓的紫外线（Ultraviolet Rays/简写 UV）就是指太阳光线中紫色之外的肉眼看不见的光线。紫外波段依据波长通常可以划分为: 长波紫外或UVA（320<λ≤400 nm）、中波紫外或UVB（280<λ≤320 nm）、短波紫外或 UVC（200<λ≤280 nm）以及真空紫外 VUV（10<λ≤200 nm），对应不同波长，具体应用有所不同。

由 LED 而延伸出来的紫外光 UV LED，其应用领域广泛，市场放量机会巨大。通过技术手段，合理正确利用紫外光，能将紫外光的功能发挥到极致，成为人类的福祉。但目前UVLED在芯片制造上还面临几大技术困难。

1、UV LED面临的技术困难

（1）获取更短的波长技术难度大

从技术角度而言，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。而 AlGaN LED 需要1层带隙更大的包覆层，造成了更高的穿透位错密度，从而导致发光效率降低。随着辐射峰值波长的减小，UV-LED 芯片的外量子效率逐渐降低。也就是说，要获取更短的波长，技术难度更大，需要从事 UV-LED 芯片厂家对应用技术研究有个持续突破的过程。

（2）高 Al 组分 AlGaN 的材料的外延生长困难

与 GaN 基蓝光 LED 相比，深紫外 LED 的研制面临着许多独特的技术困难，如：高 Al 组分 AlGaN 的材料的外延生长困难，一般而言，Al 组分越高，晶体质量越低，位错密度普遍在 109cm-2—1010cm-2 乃至更高； AlGaN 材料的掺杂与 GaN 相比要困难得多，不论 n 型掺杂还是 p 型掺杂，随着 Al 组分的增加，外延层的电导率迅速降低，尤其是 p-AlGaN 的掺杂尤为棘手，掺杂剂 Mg的激活效率低下，导致空穴不足，导电性和发光效率锐降；同时紫外 LED 往往在平面蓝宝石衬底上外延生长，出光效率低。

（3）量子效率低

深紫外 LED 的 EQE 基本不超过 10%，大部分量子效率在 5%以下。实际上，目前可购买的 UVB、UVC 波段 LED 产品的量子效率往往只有 1%—2%。这与浅紫外和蓝光 LED 的水准显然相去甚远。

2. 解决方案

针对这些技术难点，目前已经发展出一些解决方案，如 AlN 同质衬底技术、纳米图形衬底外延技术（NPSS）和透明p型层技术等等。

（1）倒装结构及P层

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，如下图所示。在图所示的外延结构中可以看到，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。

（2）衬底技术

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。

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，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，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。（此文章来源于UV行家说，如有问题联系昀通删文）

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