2022上半年，UV LED行业重要技术进展汇总

 

蓝宝石衬底上AIN模版产品性能达到新高度。近日，基于北京大学宽禁带半导体研究中心多年技术积累和研究成果，中博芯成功制备出蓝宝石衬底上低缺陷密度AlN模板，XRD摇摆曲线半高宽(002)面≤150 arcsec，(102)面≤ 250 arcsec，膜厚≥2μm，面内均匀性≤ 1.5%，裂纹≤1 mm。据了解，AlGaN基UV-LED的电光转换效率和日盲紫外探测器的暗电流强烈依赖于AlN外延层的质量。在产业界，相比于AlN单晶衬底，蓝宝石衬底上AlN模板价格优势明显，因此，高质量AlN模板是AlGaN基UV-LED和日盲紫外探测器制备的优选材料。

 

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，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，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。

 

北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、宽禁带半导体研究中心沈波、许福军团队创新发展了一种“脱附控制超薄层外延”方法，成功解决了亚纳米厚度高Al组分AlGaN外延层的可控制备难题，实现了厚度为3个单原子层（约为0.75 nm）的高Al组分AlGaN外延层，并在此基础上制备出高质量的p型AlGaN 短周期超晶格。同时，该方法有利于Mg原子占据Al、Ga原子脱附后产生的空位而并入晶格，可有效增加AlGaN外延层中Mg的掺杂浓度。基于该方法实现的p型AlGaN短周期超晶格（等效Al组分超过50%）的室温空穴浓度达到8.1×1018 cm-3。变温Hall实验测定其Mg受主离化能为17.5 meV, 实现了AlGaN中Mg离化能的大幅度降低。更为重要的是，亚纳米超薄势垒层保证了超晶格中微带的形成，为空穴的纵向输运提供了通道。将该p型AlGaN超晶格结构应用到深紫外LED器件中，器件的载流子注入效率及光提取效率（配合高反射率p型电极）均得到显著提升，100 mA下出光功率达到17.7 mW。

 

据了解，鼎镓半导体实现6英寸高功率深紫外LED外延片的结构设计和生长流片，并完成了工艺和配方的量产调试。在普通蓝宝石衬底的基础上，创造性的引入了全新的半导体材料与AlGaN材料结合的方式，通过超晶格结构使用两类半导体化合物材料优势互补，克服了大尺寸深紫外外延片在重铝掺杂的情况下容易出现的晶格失配的缺陷，突破了传统AlGaN外延PIN结构的限制，实现了6寸外延生产工艺的突破。

日本三重大学宣布，目前三宅英人教授团队已经开发出发光效率到8%的紫外LED产品，预计成本可降低至传统的十分之一左右，有望应用于家电产品。

 

最近，厦门大学研究团队创新性地设计了一种倒棱锥/台状人工纳米结构，有效突破传统平面结构中出射光锥角较小这一限制，大幅提高深紫外光的提取效率。研究表明，引入晶面可控的倒棱锥/台状结构后，TM 和 TE 偏振光相比于平面结构分别增强了 5.6 倍和 1.1 倍，深紫外 234 nm 波长处的总发光强度提高了近 2 倍。该研究工作为提高深紫外短波发光器件的效率提供了新思路，并有望拓展到微小尺寸 LED、深紫外探测器等光电器件。

 

中科潞安“氮化镓基高效深紫外LED芯片技术”项目属于山西省科技重大专项，主要是系统研究氮化铝模板材料的制备工艺，提出了高效P型掺杂新方法，突破了极化诱导掺杂、溅射退火氮化铝模板和基于芯片微纳结构的高效光提取等关键技术，深紫外LED芯片的出光效率大幅提升。经第三方检测，制备的深紫外LED灯珠发光波长小于275nm，内量子效率达到48.13%，光功率达到46.39mW，实现了深紫外LED芯片、灯珠及应用产品批量化生产和销售。

 

据悉，中科潞安大功率LED芯片光功率已突破120mW。据资料介绍，中科潞安45*45mil大功率LED芯片，在外延结构优化、初始版图设计、电极结构设计、电极欧姆接触验证及多工段的工艺优化等方面，均做了大量的实验验证及技术攻关，尤其较为关键的p型AlGaN和芯片电极经持续优化、改进，实现了光电性能的大幅跃升。该大功率LED芯片，经国内权威第三方检测机构检测结果显示，在注入电流350mA的条件下，输出光功率可达88.39mW，工作电压5.71V；在注入电流500mA的条件下，输出光功率可达122.82mW，工作电压5.90V；饱和电流可达1860mA，已可以实现稳定量产。

 

华引芯透露了其UVC-LED进度，依托其本身的芯片和封装技术，重点攻克UVC-LED光效低的关键技术痛点，HGC--UVC-LED的WPE已超过5%。据悉，华引芯采用高导热ALN陶瓷支架，稳定可靠的共晶焊接工艺，器件有效寿命＞30000h，功耗相比传统紫外光源降低70%。

 

韩国Photon Wave （PW）产品涵盖255nm-315nm波段，输出100-120mW功率的48mil*48mil芯片已正式产出，产品WPE正以每季度持续快速提升。

 

近期深紫科技通过外延底层优化及核心层结构设计、芯片新型p型透明电极及特殊反射电极设计，成功研制出单颗光输出功率140mW以上的大功率芯片。据资料显示，该款单芯尺寸为45*45mil，在注入电流350mA的条件下，单芯光输出功率104.54mW，其工作电压在5.79V；在注入电流500mA的条件下，单芯光输出功率可达143.43mW。同时该款产品老化性能测试方面，在350mA驱动下，该芯片持续点亮1000小时，光功率维持率仍在90%以上，预估L70寿命可超过10000小时。目前，该款产品已进入批量供货阶段。

 

至芯半导体（杭州）有限公司对外公布，在日盲深紫外器件方面取得突破，单颗45mil*45mil芯片的发射功率达到了210mW。据了解，该大功率紫外器件，经权威第三方检测机构检测，在注入电流500mA的条件下，峰值波长271nm，输出光功率达到209.59mW，因此UVC芯片在杀菌效率方面达到新的高度。对于光电转换率，此前其透露2022年上半年将实现紫外芯片WPE超过5%的水平，同时下半年将WPE提升至8%，并指出中期目标是实现紫外发射芯片WPE超过10%。同时开发出高灵敏度的日盲探测芯片，更远期目标就是实现日盲光通信的应用。

 

为了进一步降低设备成本和提高产能，中晟光电新推出配置 4 个反应腔的ProMaxy® UV 的机型，该机型既可每腔独立外延生产深紫外 LED 全结构，也能分腔集成外延生产 AlN 基板和 LED 结构。中晟光电介绍，ProMaxy® UV 产品及新技术的突破已获得国内客户和市场的认可，据悉，目前国内多家客户均已采用了中晟光电新的 MOCVD 技术，在生产中可获得如表面特征 Rq<0.5nm，边缘裂纹控制在<2mm的高质量、低成本的 AlN 基板，已成为 2020 年以来深紫外LED 产能扩充和技术研发的主要机型。特别是ProMaxy® UV 相关产品在2020年8月后陆续发货多家，并于2021年进行装机验证，且获得了上海市高新技术成功转化项目证书。

(来源：材料深一度)