研发新热点:深紫外LED医疗将成大热门

深紫外光是指波长100纳米到280纳米之间的光波,在杀菌消毒、医疗、生化检测、高密度信息储存和保密通讯等领域有重大应用价值。与汞灯紫外光源相比,基于氮化铝镓(AlGaN)材料的深紫外发光二极管(LED)具备坚固、节能、寿命长、无汞环保等优点,正逐步渗入汞灯的传统应用领域。同时,深紫外LED的独特优势又激发了许多新的消费类电子产品应用,如白色家电的消毒模块、便携式水净化系统、手机消毒器等,从而展现出广阔的市场前景,成为继半导体照明LED之后,全球LED研究与投资的新热点。

研究报告显示,未来LED市场可能被划分为两部分,一部分是面向通用照明的可见光LED,另一类则是以高科技创新为特色的深紫外LED。与可见光LED相比,目前深紫外LED的发光效率和光输出功率普遍较低。中国科学院半导体研究所研究员张韵认为,要从根本上提高氮化铝镓基深紫外LED发光效率低和出光功率低两大性能瓶颈,重点要研究如何突破低位错密度的AlN和AlGaN材料核心外延与掺杂技术,设计出高量子效率和高光提取效率的LED器件结构,以及开发高可靠性的芯片制备工艺和光珠封装技术。

作为国内氮化铝镓基深紫外LED的重要研发机构,中国科学院半导体研究所半导体照明研发中心在国家863计划的支持下,在氮化铝镓材料的外延生长和掺杂以及深紫外LED芯片的制备工艺等方面积累了多年研发经验,目前已成功实现发光波长从260纳米到300纳米的深紫外LED芯片系列,并已具备产业化批量生产能力。

科研人员在《应用物理快报》发表论文指出,利用纳米球技术制作的纳米图形衬底,不但改善了材料质量,而且提高了光提取效率。280纳米的深紫外LED在20毫安电流下,光输出功率达到3毫瓦以上,外量子效率和光输出功率相对于传统平面衬底提高近1倍。他们还通过优化封装工艺,使封装后的深紫外LED光珠实现了超过4毫瓦的光输出功率。2013年,中科院半导体所的深紫外LED关键材料及器件制备技术被鉴定为国内领先、国际先进。

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