第三代半導(dǎo)體材料在紫外器件中具備其他半導(dǎo)體材料難以比擬的優(yōu)勢,展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。紫外LED也是目前氮化物技術(shù)發(fā)展和第三代材料技術(shù)發(fā)展的主要趨勢,擁有廣闊的應(yīng)用前景。
據(jù)YOLE統(tǒng)計,2017年,傳統(tǒng)的紫外燈市場接近42.5百萬套/臺 ,市場份額達(dá)到7.08億美金。近十年來紫外LED的市場占有率增加了三倍。隨著紫外LED技術(shù)的不斷發(fā)展,為新的高功率應(yīng)用開辟道路,同時也將會帶來更多商業(yè)模式和戰(zhàn)略演變。
在這十年中,技術(shù)、市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,完全改變了紫外LED市場前景,使得紫外LED技術(shù)能夠從其他紫外照明技術(shù)中獲得更多的市場份額,從2008的8%的市場份額的,紫外LED有望在2018的市場份額達(dá)到25%。
2018年10月23-25日,第十五屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇(SSLCHINA 2018)暨2018國際第三代半導(dǎo)體論壇(IFWS 2018)在深圳會展中心舉行。本屆論壇由國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(CASA)與深圳市龍華區(qū)政府聯(lián)合主辦。深圳第三代半導(dǎo)體研究院與北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司共同承辦。
10月24日下午,“固態(tài)紫外器件技術(shù)”分會如期舉行,美國Crystal IS.聯(lián)合創(chuàng)始人Leo SCHOWALTER,中科院半導(dǎo)體研究所研究員、中科院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心副主任王軍喜,華中科技大學(xué)教授陳長清,北京大學(xué)副教授許福軍,三重大學(xué)助理教授永松謙太郎,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員孫錢,廈門大學(xué)教授黃凱,中南大學(xué)教授汪煉成,南京大學(xué)蘇琳琳等中外同行專家?guī)砭蕡蟾?,并分享各自的最新研究成果。廈門大學(xué)教授康俊勇,中科院半導(dǎo)體研究所研究員、中科院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心副主任王軍喜共同主持了本屆分會。

高質(zhì)量(TDD低于105 cm2)的兩英寸直徑的氮化鋁(AlN)襯底現(xiàn)已可用于生產(chǎn)UVC LED(波長小于280 nm)。最近一些研究小組開始開發(fā)研究波長小于240nm的UVC LED,美國Crystal IS.聯(lián)合創(chuàng)始人Leo SCHOWALTER帶來了“短波紫外(UVC )LED:氮化鋁襯底的優(yōu)勢”的報告,分享了在短波長處獲得高性能UVC LED的研究進(jìn)展和成果,他表示,盡管存在很多問題,仍能夠在235nm波長處獲得高性能UVC LED。

基于三族氮化物(III-nitride)材料的紫外發(fā)光二極管(UV LED)在殺菌消毒、聚合物固化、生化探測、非視距通訊及特種照明等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,近年來受到越來越多的關(guān)注。中科院半導(dǎo)體研究所研究員、中科院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心副主任王軍喜分享了氮化物紫外LED的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

AlGaN基深紫外LED吸引了人們越來越多的注意,因為其在殺菌,水凈化,皮膚病治療,生物探測等方面有著潛在的應(yīng)用前景。由于藍(lán)寶石襯底和AlGaN材料之間存在著很大的晶格失配和熱失配,因而,多量子阱有源區(qū)的生長伴隨著較高的位錯密度,這導(dǎo)致更多非輻射復(fù)合的發(fā)生從而只能獲得較低的內(nèi)量子效率。所以,AlGaN基的深紫外LED目前仍未普及應(yīng)用的主要原因是受限于其較低的量子效率。華中科技大學(xué)教授陳長清帶來了深紫外DUV-LED發(fā)光效率的提升策略的報告,結(jié)合具體的研究過程,他表示研究實現(xiàn)了在納米圖形化襯底上生長無裂紋的厚膜AlN層,此外,在藍(lán)寶石背面制備的蛾眼微結(jié)構(gòu)能有效改善深紫外LED的光提取效率和外量子效率。

發(fā)射短波紫外線波長(搿的AlGaN基深紫外(DUV)發(fā)光二極管(LED)可廣泛應(yīng)用于水/空氣凈化、日常消毒、表面消毒、醫(yī)療診斷和生化劑檢測。北京大學(xué)副教授許福軍分享了高質(zhì)量AlN和AlGaN基深紫外發(fā)光二極管外延生長研究,分享了高質(zhì)量AlN、AlGaN以及高效AlGaN倍增量子阱以及p型AlGaN的研究成果。

隨著應(yīng)用的逐漸擴(kuò)大,近年來,使用同樣III族氮化物半導(dǎo)體制備的UVC-LED作為汞燈的替代,備受關(guān)注,三重大學(xué)助理教授永松謙太郎帶來了UVC-LED中應(yīng)力松弛層對濺射沉積高溫退火AlN /藍(lán)寶石影響的研究,分享了一種方法將濺射沉積的高溫退火(Sp-HTA) AlN/藍(lán)寶石作為UVC-LED的襯底,以在大規(guī)模量產(chǎn)中降低成本。同時探討了基于Sp-HTA AlN/藍(lán)寶石的UVC-LED的應(yīng)力松弛層的細(xì)節(jié)特征。

硅基AlGaN紫外光電子材料與器件也是業(yè)界關(guān)注的熱點,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員孫錢分享了該領(lǐng)域相關(guān)的研究進(jìn)展。

廈門大學(xué)教授黃凱帶來了深紫外AlGaN多量子阱納米柱LED中內(nèi)量子效率和光提取效率增強的報告,結(jié)合研究實踐介紹了制備的高度有序的AlGaN基深紫外納米柱LED陣列等內(nèi)容。光提取效率增強可歸因于空氣和外延層之間質(zhì)量良好的納米結(jié)構(gòu)界面。此外,量子限制斯塔克效應(yīng)的減弱使得內(nèi)量子效率得到大幅提高。

紫外光在人類生活中扮演著重要的角色,包括激光設(shè)備、光刻機(jī)和滅菌機(jī)等,其中聚光透鏡是許多紫外設(shè)備的重要組成部分之一。傳統(tǒng)的光學(xué)紫外透鏡主要依靠光折射來實現(xiàn)波前整形,即紫外光通過光學(xué)介質(zhì)傳輸,達(dá)到所需的相位補償,缺點是制造成本較高、體積較大。這不利于紫外納米光子學(xué)往微型化和高密度融合趨勢的發(fā)展。中南大學(xué)教授汪煉成分享了基于寬禁帶AlN的紫外光功能結(jié)構(gòu)和器件的研究成果,包括基于氮化鋁(AlN)超構(gòu)表面的紫外光功能結(jié)構(gòu):紫外透鏡,紫外光分束器,和紫外反射鏡?;诘X(AlN)納米柱陣列結(jié)構(gòu)的紫外超透鏡,實現(xiàn)對UVC (244nm)、UVB (308nm)和UVA (375nm)波長的聚焦功能,設(shè)計了紫外基于氮化鋁(AlN)納米柱陣列結(jié)構(gòu)的紫外超構(gòu)反射鏡。

紫外單光子探測器在軍事和民用領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。4H-SiC作為新型第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、載流子飽和漂移速度高、碰撞離化系數(shù)大、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)等優(yōu)勢,是制備紫外雪崩光電探測器(APD)的優(yōu)選材料。近年來,雖然4H-SiC APD的性能不斷提高,但仍存在雪崩增益不均勻,單光子探測效率低等問題。南京大學(xué)蘇琳琳帶來了4H-SiC紫外雪崩光電探測器的雪崩不均勻性研究的報告,具體的研究實踐表明顯示器件臺面內(nèi)的雪崩不均勻性與[11-20]晶向有關(guān),這對優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、提高性能有重要指導(dǎo)意義。
(根據(jù)會議資料整理,如有出入敬請諒解。)