第三代半导体材料在紫外器件中具备其他半导体材料难以比拟的优势,展现出巨大的应用潜力。紫外LED也是目前氮化物技术发展和第三代材料技术发展的主要趋势,拥有广阔的应用前景。
据YOLE统计,2017年,传统的紫外灯市场接近42.5百万套/台 ,市场份额达到7.08亿美金。近十年来紫外LED的市场占有率增加了三倍。随着紫外LED技术的不断发展,为新的高功率应用开辟道路,同时也将会带来更多商业模式和战略演变。
在这十年中,技术、市场和产业发展,完全改变了紫外LED市场前景,使得紫外LED技术能够从其他紫外照明技术中获得更多的市场份额,从2008的8%的市场份额的,紫外LED有望在2018的市场份额达到25%。
2018年10月23-25日,第十五届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA 2018)暨2018国际第三代半导体论坛(IFWS 2018)在深圳会展中心举行。本届论坛由国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)、第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)与深圳市龙华区政府联合主办。深圳第三代半导体研究院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办。
10月24日下午,“固态紫外器件技术”分会如期举行,美国Crystal IS.联合创始人Leo SCHOWALTER,中科院半导体研究所研究员、中科院半导体照明研发中心副主任王军喜,华中科技大学教授陈长清,北京大学副教授许福军,三重大学助理教授永松谦太郎,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员孙钱,厦门大学教授黄凯,中南大学教授汪炼成,南京大学苏琳琳等中外同行专家带来精彩报告,并分享各自的最新研究成果。厦门大学教授康俊勇,中科院半导体研究所研究员、中科院半导体照明研发中心副主任王军喜共同主持了本届分会。
高质量(TDD低于105 cm2)的两英寸直径的氮化铝(AlN)衬底现已可用于生产UVC LED(波长小于280 nm)。最近一些研究小组开始开发研究波长小于240nm的UVC LED,美国Crystal IS.联合创始人Leo SCHOWALTER带来了“短波紫外(UVC )LED:氮化铝衬底的优势”的报告,分享了在短波长处获得高性能UVC LED的研究进展和成果,他表示,尽管存在很多问题,仍能够在235nm波长处获得高性能UVC LED。
基于三族氮化物(III-nitride)材料的紫外发光二极管(UV LED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景,近年来受到越来越多的关注。中科院半导体研究所研究员、中科院半导体照明研发中心副主任王军喜分享了氮化物紫外LED的机遇与挑战。
AlGaN基深紫外LED吸引了人们越来越多的注意,因为其在杀菌,水净化,皮肤病治疗,生物探测等方面有着潜在的应用前景。由于蓝宝石衬底和AlGaN材料之间存在着很大的晶格失配和热失配,因而,多量子阱有源区的生长伴随着较高的位错密度,这导致更多非辐射复合的发生从而只能获得较低的内量子效率。所以,AlGaN基的深紫外LED目前仍未普及应用的主要原因是受限于其较低的量子效率。华中科技大学教授陈长清带来了深紫外DUV-LED发光效率的提升策略的报告,结合具体的研究过程,他表示研究实现了在纳米图形化衬底上生长无裂纹的厚膜AlN层,此外,在蓝宝石背面制备的蛾眼微结构能有效改善深紫外LED的光提取效率和外量子效率。
发射短波紫外线波长(搿的AlGaN基深紫外(DUV)发光二极管(LED)可广泛应用于水/空气净化、日常消毒、表面消毒、医疗诊断和生化剂检测。北京大学副教授许福军分享了高质量AlN和AlGaN基深紫外发光二极管外延生长研究,分享了高质量AlN、AlGaN以及高效AlGaN倍增量子阱以及p型AlGaN的研究成果。
随着应用的逐渐扩大,近年来,使用同样III族氮化物半导体制备的UVC-LED作为汞灯的替代,备受关注,三重大学助理教授永松谦太郎带来了UVC-LED中应力松弛层对溅射沉积高温退火AlN /蓝宝石影响的研究,分享了一种方法将溅射沉积的高温退火(Sp-HTA) AlN/蓝宝石作为UVC-LED的衬底,以在大规模量产中降低成本。同时探讨了基于Sp-HTA AlN/蓝宝石的UVC-LED的应力松弛层的细节特征。
硅基AlGaN紫外光电子材料与器件也是业界关注的热点,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员孙钱分享了该领域相关的研究进展。
厦门大学教授黄凯带来了深紫外AlGaN多量子阱纳米柱LED中内量子效率和光提取效率增强的报告,结合研究实践介绍了制备的高度有序的AlGaN基深紫外纳米柱LED阵列等内容。光提取效率增强可归因于空气和外延层之间质量良好的纳米结构界面。此外,量子限制斯塔克效应的减弱使得内量子效率得到大幅提高。
紫外光在人类生活中扮演着重要的角色,包括激光设备、光刻机和灭菌机等,其中聚光透镜是许多紫外设备的重要组成部分之一。传统的光学紫外透镜主要依靠光折射来实现波前整形,即紫外光通过光学介质传输,达到所需的相位补偿,缺点是制造成本较高、体积较大。这不利于紫外纳米光子学往微型化和高密度融合趋势的发展。中南大学教授汪炼成分享了基于宽禁带AlN的紫外光功能结构和器件的研究成果,包括基于氮化铝(AlN)超构表面的紫外光功能结构:紫外透镜,紫外光分束器,和紫外反射镜。基于氮化铝(AlN)纳米柱阵列结构的紫外超透镜,实现对UVC (244nm)、UVB (308nm)和UVA (375nm)波长的聚焦功能,设计了紫外基于氮化铝(AlN)纳米柱阵列结构的紫外超构反射镜。
紫外单光子探测器在军事和民用领域有重要的应用前景。4H-SiC作为新型第三代半导体材料具有禁带宽度大、载流子饱和漂移速度高、碰撞离化系数大、化学稳定性优等优势,是制备紫外雪崩光电探测器(APD)的优选材料。近年来,虽然4H-SiC APD的性能不断提高,但仍存在雪崩增益不均匀,单光子探测效率低等问题。南京大学苏琳琳带来了4H-SiC紫外雪崩光电探测器的雪崩不均匀性研究的报告,具体的研究实践表明显示器件台面内的雪崩不均匀性与[11-20]晶向有关,这对优化器件结构、提高性能有重要指导意义。
(根据会议资料整理,如有出入敬请谅解。)