2022上半年，UV LED行業重要技術進展匯總

2022年上半年，UV LED襯底、外延、芯片、器件及設備配套等關鍵環節均取得不小的技術突破，為整個產業的進一步發展奠定了堅實基礎。

一、襯底、模板

1、均勻性≤1.5%，裂紋≤1 mm，中博芯制備出藍寶石襯底上低缺陷密度AlN模板

藍寶石襯底上AIN模版產品性能達到新高度。近日，基于北京大學寬禁帶半導體研究中心多年技術積累和研究成果，中博芯成功制備出藍寶石襯底上低缺陷密度AlN模板，XRD搖擺曲線半高寬(002)面≤150 arcsec，(102)面≤ 250 arcsec，膜厚≥2μm，面內均勻性≤ 1.5%，裂紋≤1 mm。據了解，AlGaN基UV-LED的電光轉換效率和日盲紫外探測器的暗電流強烈依賴于AlN外延層的質量。在產業界，相比于AlN單晶襯底，藍寶石襯底上AlN模板價格優勢明顯，因此，高質量AlN模板是AlGaN基UV-LED和日盲紫外探測器制備的優選材料。

二、外延

1、4英寸表面平整無裂紋高性能UVC-LED外延片成功制備

北京大學王新強教授團隊及其松山湖材料實驗室第三代半導體團隊深入合作，最終在前期團隊制備的4英寸高質量HTA-AlN基礎上首次成功實現了4英寸表面平整無裂紋高性能UVC-LED外延片。通過對外延片及所制備LED芯片的進一步性能測試，4英寸UVC-LED外延片/芯片展現出了均勻性優異、高單色性、高發光功率等一系列優點。該工作為實現UVC-LED與傳統藍光LED工藝的無縫對接鋪平了道路，能夠降低制造成本從而推動了UVC-LED的普及。

2、北京大學團隊制備出高質量的p型AlGaN 短周期超晶格

北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、寬禁帶半導體研究中心沈波、許福軍團隊創新發展了一種“脫附控制超薄層外延”方法，成功解決了亞納米厚度高Al組分AlGaN外延層的可控制備難題，實現了厚度為3個單原子層（約為0.75 nm）的高Al組分AlGaN外延層，并在此基礎上制備出高質量的p型AlGaN 短周期超晶格。同時，該方法有利于Mg原子占據Al、Ga原子脫附后產生的空位而并入晶格，可有效增加AlGaN外延層中Mg的摻雜濃度?；谠摲椒▽崿F的p型AlGaN短周期超晶格（等效Al組分超過50%）的室溫空穴濃度達到8.1×1018 cm-3。變溫Hall實驗測定其Mg受主離化能為17.5 meV, 實現了AlGaN中Mg離化能的大幅度降低。更為重要的是，亞納米超薄勢壘層保證了超晶格中微帶的形成，為空穴的縱向輸運提供了通道。將該p型AlGaN超晶格結構應用到深紫外LED器件中，器件的載流子注入效率及光提取效率（配合高反射率p型電極）均得到顯著提升，100 mA下出光功率達到17.7 mW。

3、鼎鎵半導體宣稱量產6英寸紫外LED外延

據了解，鼎鎵半導體實現6英寸高功率深紫外LED外延片的結構設計和生長流片，并完成了工藝和配方的量產調試。在普通藍寶石襯底的基礎上，創造性的引入了全新的半導體材料與AlGaN材料結合的方式，通過超晶格結構使用兩類半導體化合物材料優勢互補，克服了大尺寸深紫外外延片在重鋁摻雜的情況下容易出現的晶格失配的缺陷，突破了傳統AlGaN外延PIN結構的限制，實現了6寸外延生產工藝的突破。

三、芯片、器件

1、三重大學宣布紫外LED發光效率到8%

日本三重大學宣布，目前三宅英人教授團隊已經開發出發光效率到8%的紫外LED產品，預計成本可降低至傳統的十分之一左右，有望應用于家電產品。

2、倒棱錐/臺狀人工納米結構，深紫外發光強度提高近 2 倍

最近，廈門大學研究團隊創新性地設計了一種倒棱錐/臺狀人工納米結構，有效突破傳統平面結構中出射光錐角較小這一限制，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錐/臺狀結構后，TM 和 TE 偏振光相比于平面結構分別增強了 5.6 倍和 1.1 倍，深紫外 234 nm 波長處的總發光強度提高了近 2 倍。該研究工作為提高深紫外短波發光器件的效率提供了新思路，并有望拓展到微小尺寸 LED、深紫外探測器等光電器件。

3、高效P型摻雜新方法，內量子效率達48.13%，中科潞安深紫外LED芯片技術獲突破

中科潞安“氮化鎵基高效深紫外LED芯片技術”項目屬于山西省科技重大專項，主要是系統研究氮化鋁模板材料的制備工藝，提出了高效P型摻雜新方法，突破了極化誘導摻雜、濺射退火氮化鋁模板和基于芯片微納結構的高效光提取等關鍵技術，深紫外LED芯片的出光效率大幅提升。經第三方檢測，制備的深紫外LED燈珠發光波長小于275nm，內量子效率達到48.13%，光功率達到46.39mW，實現了深紫外LED芯片、燈珠及應用產品批量化生產和銷售。

據悉，中科潞安大功率LED芯片光功率已突破120mW。據資料介紹，中科潞安45*45mil大功率LED芯片，在外延結構優化、初始版圖設計、電極結構設計、電極歐姆接觸驗證及多工段的工藝優化等方面，均做了大量的實驗驗證及技術攻關，尤其較為關鍵的p型AlGaN和芯片電極經持續優化、改進，實現了光電性能的大幅躍升。該大功率LED芯片，經國內權威第三方檢測機構檢測結果顯示，在注入電流350mA的條件下，輸出光功率可達88.39mW，工作電壓5.71V；在注入電流500mA的條件下，輸出光功率可達122.82mW，工作電壓5.90V；飽和電流可達1860mA，已可以實現穩定量產。

4、WPE超5%，壽命＞30000h，華引芯透露UV LED最新進度

華引芯透露了其UVC-LED進度，依托其本身的芯片和封裝技術，重點攻克UVC-LED光效低的關鍵技術痛點，HGC--UVC-LED的WPE已超過5%。據悉，華引芯采用高導熱ALN陶瓷支架，穩定可靠的共晶焊接工藝，器件有效壽命＞30000h，功耗相比傳統紫外光源降低70%。

5、PW單顆芯片已達100-120mW功率

韓國Photon Wave （PW）產品涵蓋255nm-315nm波段，輸出100-120mW功率的48mil*48mil芯片已正式產出，產品WPE正以每季度持續快速提升。

6、深紫科技單顆芯片突破140 mW

近期深紫科技通過外延底層優化及核心層結構設計、芯片新型p型透明電極及特殊反射電極設計，成功研制出單顆光輸出功率140mW以上的大功率芯片。據資料顯示，該款單芯尺寸為45*45mil，在注入電流350mA的條件下，單芯光輸出功率104.54mW，其工作電壓在5.79V；在注入電流500mA的條件下，單芯光輸出功率可達143.43mW。同時該款產品老化性能測試方面，在350mA驅動下，該芯片持續點亮1000小時，光功率維持率仍在90%以上，預估L70壽命可超過10000小時。目前，該款產品已進入批量供貨階段。

7、至芯半導體單顆芯片功率達210mW

至芯半導體（杭州）有限公司對外公布，在日盲深紫外器件方面取得突破，單顆45mil*45mil芯片的發射功率達到了210mW。據了解，該大功率紫外器件，經權威第三方檢測機構檢測，在注入電流500mA的條件下，峰值波長271nm，輸出光功率達到209.59mW，因此UVC芯片在殺菌效率方面達到新的高度。對于光電轉換率，此前其透露2022年上半年將實現紫外芯片WPE超過5%的水平，同時下半年將WPE提升至8%，并指出中期目標是實現紫外發射芯片WPE超過10%。同時開發出高靈敏度的日盲探測芯片，更遠期目標就是實現日盲光通信的應用。

四、設備

1、中晟光電ProMaxy? UV MOCVD 設備獲重大技術突破

為了進一步降低設備成本和提高產能，中晟光電新推出配置 4 個反應腔的ProMaxy? UV 的機型，該機型既可每腔獨立外延生產深紫外 LED 全結構，也能分腔集成外延生產 AlN 基板和 LED 結構。中晟光電介紹，ProMaxy? UV 產品及新技術的突破已獲得國內客戶和市場的認可，據悉，目前國內多家客戶均已采用了中晟光電新的 MOCVD 技術，在生產中可獲得如表面特征 Rq<0.5nm，邊緣裂紋控制在<2mm的高質量、低成本的 AlN 基板，已成為 2020 年以來深紫外LED 產能擴充和技術研發的主要機型。特別是ProMaxy? UV 相關產品在2020年8月后陸續發貨多家，并于2021年進行裝機驗證，且獲得了上海市高新技術成功轉化項目證書。