中科院在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新进展

UV LED可以广泛应用于杀毒、消菌、印刷和通信等领域，国际水俣公约的提出，促使UV LED的全面应用更是迫在眉睫，但是高昂的技术成本严重限制了UV LED的应用。UV LED商业化是否就此止步？——当然不会！

中科院在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新进展

III族氮化物由于其宽的直接带隙与优异的稳定性，被广泛用于发光二极管（LED）、激光器和大功率/高频电子器件。其中，高品质氮化铝（AlN）薄膜的生长与深紫外LED的构筑是目前氮化物领域研究的重点与热点。目前，AlN薄膜主要是通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法异质外延生长在c-蓝宝石、6H-SiC和Si（111）衬底上。然而，AlN与衬底之间存在较大的晶格失配与热失配，使得外延层中存在较大的应力与较高的位错密度，显著降低器件性能。与此同时，AlN前驱体在这类衬底上迁移势垒较高，浸润性较差，倾向于三维岛状生长，需要一定的厚度才可以实现融合，增加了时间成本。

二维原子晶体材料有助于实现单晶薄膜的范德华外延生长。其中，石墨烯具有平整的表面，优异的化学稳定性，可以承受很高的生长温度，是非常理想的外延生长缓冲层。AlN在石墨烯缓冲层上的生长有望不受晶格失配的限制，可以有效释放应力、降低位错密度，获得高品质薄膜，甚至可以解决大功率器件的散热问题。与此同时，前驱体在石墨烯表面具有较低的迁移势垒，可以加速横向外延生长，在较低的厚度下即可得到平整薄膜。然而，由于石墨烯表面能低，AlN在石墨烯上成核困难，限制了单晶薄膜的生长。

日前，北京大学刘忠范院士的纳米化学研究中心团队和中科院半导体所李晋闽研究员的半导体照明中心团队合作，开发出了石墨烯/蓝宝石新型外延衬底，并提出了等离子体预处理改性石墨烯，促进AlN薄膜生长实现深紫外LED的新策略。在该工作中，研究人员利用CVD的方法，获得了新型外延衬底——石墨烯/蓝宝石衬底，此方法避免了石墨烯转移过程中的污染、破损问题，目前已经在北京石墨烯研究院实现了小批量规模化制备。通过DFT计算发现等离子体预处理向石墨烯中引入的吡咯氮，可以有效促进AlN薄膜的成核生长。在较短的时间内即可获得高品质AlN薄膜，其具有极低的应力，较低的位错密度，构筑的深紫外LED器件表现出了良好的器件性能。

该成果以题为“Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene”发表在Advanced Materials上。

图1 蓝宝石上石墨烯的生长与等离子体预处理

a) 两英寸石墨烯/蓝宝石衬底的实物照片，b) 石墨烯薄膜的光学显微镜照片，c) 石墨烯的边缘层数，d) 石墨烯的原子像，e) 石墨烯薄膜在经过氮等离子体预处理前后的拉曼光谱，f) 石墨烯经氮等离子体处理后的C1s XPS谱图，g) N1s XPS 谱图，h) Al原子与氮等离子体预处理引入的吡咯N的吸附能，i) 石墨烯与AlN薄膜界面的差分电荷分布图，j) 与N不同近邻位置Cπ轨道态密度。

图2AIN薄膜在石墨烯/蓝宝石衬底上的快速生长

a) AlN薄膜在等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上的生长过程示意图，AlN优先在N缺陷位置处成核，前驱体在石墨烯薄膜上快速迁移，促进AlN横向生长，在短时间内获得平整薄膜，

b) AlN在等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上成核阶段的AFM图，

c) AlN在传统蓝宝石衬底和等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上成核密度与尺寸分布统计结果，

d) 在等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上获得的AlN 薄膜的SEM图，

e) 在等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上获得的AlN 薄膜的AFM图，

f) 在传统蓝宝石衬底和等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上获得的AlN薄膜的Raman表征，证明石墨烯可以有效释放应力，

g) 等离子体预处理的石墨烯/蓝宝石衬底上（0002）AlN薄膜的XRD 摇摆曲线，证明石墨烯可以有效降低位错密度。

图3 AIN与石墨烯/蓝宝石衬底的外延关系

a) AlN/Graphene/Al2O3的XRD-φ扫描，

b) AlN/Graphene/Al2O3界面的选区电子衍射，AlN晶胞相比于Al2O3晶胞旋转30°，

c) AlN/Graphene/Al2O3的界面结构示意图，

d) AlN/Graphene/Al2O3界面STEM图，

e) 与(d)图相对应的Al元素的EDS面扫描结果，

f) 原子分辨的AlN/Graphene/Al2O3界面，可以看到石墨烯存在。

图4 石墨烯基深紫外LED器件构筑与性能

a) 石墨烯基深紫外LED器件结构示意图，

b) 石墨烯基深紫外LED结构XRD摇摆曲线，

c) 有无石墨烯构筑的深紫外LED的电致发光谱，

d) 有无石墨烯构筑的深紫外LED的I-V曲线，

e) 有无石墨烯构筑的深紫外LED的光输出功率随注入电流变化曲线，

f) 石墨烯基深紫外LED在不同注入电流下的归一化发光光谱。

该工作成功的实现了AlN薄膜在石墨烯/蓝宝石衬底上的准范德华外延生长，并构筑了高性能石墨烯基深紫外LED器件。DFT计算表明，在AlN生长之前，等离子体处理引入的吡咯N可以极大地促进AlN成核的成核能力并提高生长速率。单层石墨烯的存在没有改变蓝宝石衬底与AlN薄膜的外延关系，保证了单晶薄膜的生长，而且由于较弱的界面相互作用有效地降低了AlN薄膜的位错密度与应力。构筑的深紫外LED具有极低的开启电压，较高的输出功率和出色的可靠性。相比于传统工艺，此方法还省略了低温缓冲层，节省MOCVD生长机时，降低成本。该工作为AlN薄膜的生长提供了新思路，并为石墨烯的大规模关键应用提供了切实可行的方法。（来源于微信公众号Wiley威立）

RayVio 的UVB LED，有助于银屑病和白癜风治疗

据报道，RayVio的XR 308 nm中波紫外线LED是改善银屑病和白癜风治疗方案的关键。

RayVio首席创新官兼联合创始人Yitao Liao表示：“紫外线治疗银屑病和白癜风的方法一直受限于设备的规模和成本以及对周围健康组织的风险。准分子激光系统解决了治疗靶向问题可避免损害健康皮肤，但是设备较大且价格非常昂贵。而我们的308nm紫外线LED则可应用于便捷携带的小型手持设备。”

RayVio的单颗LED封装在308 nm波段已经实现了最高300 mW的创记录光输出功率，并且已经向客户提供该型号的测试样品。RayVio不断深化研究UVB LED在光疗和光照补充维生素D方面的应用，公司计划在2019年内推出一款更加强大的293 nm UVB LED产品。

据悉，RayVio在UVB紫外线应用领域的工作是对其领先的深紫外线UVC LED杀菌技术的补充。RayVio的UVC LED为水质净化等消毒灭菌应用提供业内领先的性能。（来源：美通社）

日亚化宣布推出新型深紫外LED

日前，日亚化（Nichia）宣布推出新型深紫外LED，零件号NCSU334A。

日亚化多年来在UVA LED方面取得了很大的成功，特别是在常规的树脂固化应用中。

日亚化的这款新型280nm UVC NCSU334A能够利用固态照明解决大众市场对水净化和空气消毒的目标。NCSU334A体积小（6.8mm x 6.8mm）、性能强（350mA时典型光功率为55mW），可实现系统小型化和长寿命解决方案。

传统的UVC LED（200-280nm）具有比UVA LED（365-405nm）更复杂的晶体生长和更短寿命的问题。与传统的紫外灯相比，NCSU334A可以显著延长使用寿命。此外，该LED采用新开发的密封封装，不易受外部环境条件的影响，因此可用于各种恶劣环境。

日亚化希望这款LED有助于完全替代汞灯。未来，日亚化将继续提高其UVC LED产品组合的性能，利用固态照明的特点创造一个新的深紫外线市场。（编译:LEDinside James）

一款采用UV石英紫外线灯管的除螨吸尘器

4月17日，小米有品上架了一款美的除螨吸尘器，具备高频拍打，紫外线除螨，7.5千帕大吸力，90度旋转手柄，1.3kg轻体重，无线除螨等特色，售价699元。

图片来源：小米有品

美的除螨吸尘器每分钟11000次高频拍打，渗透床垫被褥深层，由里到外层层振出尘螨，从根源除螨。官方称，经过权威机构认证，杀菌除螨率99.99%。

其采用UV石英紫外线灯管，能够有效杀死螨虫和细菌，并有紫外线保护装置，做到了离开床单时自动灯灭。美的除螨吸尘器三围尺寸280x114x198mm，仅重1.3kg，久用不累。长方造型，边角沙发缝，都能清扫无遗漏。

图片来源：小米有品

与此同时，高达7500Pa的强大吸力，螨虫瞬间被吸走，吸走尘螨、头发皮屑。双重海绵过滤将过敏原和尘螨脏污密封在尘盒，防止二次污染。内置2000mAh电池，续航20分钟，最大噪音70dB（A）。（来源：快科技）

国星光电全面布局UV LED

去年8月，国星光电正式成立了非视觉光源事业部，聚焦红外、紫外、动植物光照等细分领域。UV LED领域方面，国星光电在UVA/UVB/UVC上已全面布局，自2016年以来，陆续推出近紫外LED、深紫外LED及模组，产品波长范围宽、可靠性高，市场上反馈良好，目前已与多家知名厂商建立了合作伙伴关系。

国星UV LED产品包括诱蚊、美甲系列，工业固化系列，杀菌、光疗、净化系列，产品波段范围广、功率范围广、兼容性强、散热性能佳、环境耐久性强，广泛应用在杀菌、光疗、固化、光触媒、植物生长、诱蚊、美甲等领域。

国星UV LED系列产品，采用高可靠性材料、卓越的封装工艺，具有更低的热阻、更高的出光、更好的气密性。以硅胶3535系列为例，其结合纳米封装技术，极大的降低了器件的热阻，热阻比常规封装产品降低40%以上，器件散热更好，寿命更长。同时设计更合理的一次透镜封装，光功率比常规产品提升6%以上。

一直以来，国星光电围绕“技术高精尖化”的战略布局，积极储备前瞻技术、布局新兴细分领域。未来，国星光电将进一步丰富UV LED产品，更深入推进UV LED产品在杀菌、光疗、诱蚊、美甲、工业固化等领域的全面应用，为市场提供更加专业的解决方案和高品质的产品，推动UV LED在日常生活中广泛应用。

UV LED应用前景广阔

近年来，外部环境复杂，行业竞争激烈，新技术不断突破，LED新型领域不断发展。伴随着LED行业细分领域的不断拓展，UV LED成为细分领域的新蓝海，受到了业内的高度关注，吸引了各大厂商投资布局。根据LEDinside研究报告显示，UV LED市场产值于2017年成长至2.23亿美金，预估2022年将会到达12.24亿美金，2017-2022年复合成长率达33%。除固化市场稳定成长之外，表面杀菌、静止水杀菌、流动水杀菌为未来五年（2018-2022）主要成长动能。

提到UV LED大家并不陌生，UV LED是指发光波长400nm以下的LED，又可进一步分为UVA（320-400nm）、UVB（280-320nm）、UVC（200-280nm）。随着水俣公约生效，含汞产品将被逐步限制使用，UV LED不含汞，环保安全，同时可有效解决传统汞灯含臭氧、启动慢、能效差、寿命短等痛点，其市场发展潜力非常巨大。

在UV LED市场应用中，目前UVA占有较高的市场份额，其典型应用为工业固化、美甲、诱蚊、光触媒等领域。UVB与UVC则主要应用于杀菌、消毒，医学光疗等，其中UVB以光疗为主，UVC则主要应用于杀菌消毒。

在光触媒领域，UV LED照射光触媒可使通过的空气中的有机污染源(甲醛、VOC)分解成无毒无污染的水和二氧化碳，使无机污染物(NOx , NH3)氧化成NO3-，进而实现杀菌消毒、 分解空气污染物等功能。

此外，UV LED也可用于植物生长。近年来，室内、大棚种植蓬勃发展，解决了寒冷地区冬季缺乏新鲜蔬菜的问题，但部分上市的室内、大棚蔬菜水果存在色泽偏暗、味道不鲜等品质问题。究其原因是多方面的，但由于光照不足特别是缺少正常光线中紫外线成分也许是关键因素。研究发现，在大棚等室内种植补充一定剂量的UV照射，可影响植物生长、生理活动，进而起到改善植物品质的作用。

同时，UV LED在光疗领域的应用也逐步普及，UVB LED照射可有效治疗银屑病、白癜风等多种皮肤病。与传统的NB UVB紫外线光疗仪和准分子激光治疗仪相比，UVB-LED能做得更小型化，方便携带使用，优势更加突出。

最佳商业机会在？

可见光LED产业的很大一部分已经转向紫外线LED。 然而，根据目标波长，制定的策略因厂家而异。一些厂商仍然专注于设备制造，而其他人则垂直整合模块和系统。例如，在UVA LED中，Ushio负责生产UVALED芯片，封装，固化模块也提供给打印机制造商或终端用户。在UVC中，Nikkiso最初是一家UVC LED制造商，但在2016年通过收购Aqui Sense Technologies已经转向模块和系统级别。

除了紫外LED厂商之外，一些新进入者也试图进入该行业，主要是在模块或系统层面，这代表了商业机会方面的最佳点。未来UV-C LED市场将走向两极化发展：一些厂商将进入一般消费市场，而另一些厂商将进入高端商业/工业市场。