AlGaN基深紫外LED的可靠性研究及寿命预测

围绕AlGaN基深紫外LED的外延生长、工艺制备等因素对深紫外LED可靠性的影响以及加速寿命预测等方面开展了系统的研究。探索了量子垒(Quantum Barrier,简称QB)中Al组分、电子阻挡层(Electron Barrier Layer,简称EBL)中Al组分、同尺寸芯片不同台面面积等因素对深紫外LED可靠性的影响,确定QB结构Al组分为74%,EBL结构Al组分为75%,台面面积为P68。对优化后的深紫外LED设计了热、电应力老化试验,结合阿伦纽斯模型、逆幂律模型、指数最小二乘拟合对深紫外LED的寿命进行预测。实验结果表明,随着电、热应力的增加,深紫外LED可靠性随之降低,阿伦纽斯模型预测寿命为5027 h,逆幂律模型预测寿命为5400 h,正常工作电流40 mA下,深紫外LED实际寿命为5582 h,逆幂律模型预测精度较阿伦纽斯模型提升了6.7%。本研究将为提高深紫外LED的可靠性和产品应用普及提供坚实的理论基础。

Al组分阶梯型渐变电子阻挡层深紫外LED性能研究

为减少电子泄漏改善发光性能,本文基于深紫外发光二极管(LED)提出了一种Al组分阶梯型渐变电子阻挡层(EBL)结构.通过数值研究,对比分析了不同EBL结构对深紫外LED发光性能的影响规律.结果表明,相较于传统EBL结构的深紫外LED(样品A),Al组分阶梯型渐变EBL结构的深紫外LED(样品B、样品C)最大内量子效率(IQE)分别提高了7.9%、14.2%,光输出功率(LOP)在200 mA下分别提升了73.3%、80.1%.这是因为Al组分阶梯型渐变EBL结构有效改善了EBL处极化效应引起的电场强度,进而减少了电子泄漏.

UVC-LEDs辐照对芒果保鲜期的影响

为了探究以UVC-LEDs为光源的紫外辐照技术在芒果贮运保鲜中的应用性能,设计了一款便携式食品杀菌保鲜装置。使用该装置对“台农一号”芒果进行紫外线杀菌,并比较不同剂量紫外辐照对芒果感官特征的影响。结果表明,UV-C处理可以推迟芒果病斑出现的时间,其中,161 mJ/cm^(2)剂量的紫外线辐照可以将芒果保鲜期延长3~4 d。以UVC-LEDs为光源的便携式食品杀菌保鲜装置对芒果的保鲜效果较好,可为今后食品杀菌保鲜产品的应用开发提供依据。

四层插入层量子垒AlGaN深紫外LED研究

本文通过对不同量子垒结构的AlGaN深紫外LED进行数值研究,对比分析了量子垒结构与其发光性能之间的关联.结果表明,相较于传统量子垒结构的样品A,四层插入层量子垒结构的样品B和样品C,内量子效率峰值分别提升了27.04%和18.8%,光输出功率在200 mA下分别提升了31.04%和21.62%.这主要是因为四层插入层量子垒结构可有效增加有源区内量子垒的能带势垒高度,提升量子阱对载流子的束缚能力.

紫外线、超声波和LED光照处理对3个品种草莓种子发芽的影响

对比不同时长紫外线、超声波和LED光照对3个品种草莓种子萌发的影响,测定种子的发芽率、发芽势、发芽指数,以探寻促进草莓种子萌发的最佳处理时间.结果表明,紫外线90 min处理下,红颜草莓种子发芽率最高;紫外线处理60 min下,章姬、香野草莓种子发芽率最高.超声波处理25 min可促进章姬、香野种子的萌发,但红颜种子在超声波处理下发芽率低于CK,且差异不显著.LED红蓝6∶1光照处理可促进红颜、章姬草莓种子的萌发,但香野草莓种子在LED光照处理下的萌发情况不及CK,且差异不显著.

紫外发光二极管(UV-LED)技术对食品微生物灭活应用的研究进展

紫外辐照是一种非热杀菌技术,汞蒸气紫外灯是现阶段用于食品卫生处理的主要设备,但受某些因素影响,汞灯的生产使用将逐渐变少,被环保节能的紫外发光二极管(UV-LED)取代是一种不可避免的趋势。本文根据UV-LED发光原理和多波长耦合应用的特点,综述了对微生物灭活的机理、探究了影响灭活效果的因素(波长、紫外剂量和物料特性)、处理食品的灭菌效果以及对部分食品品质的影响,为UV-LED在食品领域的杀菌处理工艺和设备参数优化提供参考。

Tapering-induced enhancement of light extraction efficiency of nanowire deep ultraviolet LED by theoretical simulations

A nanowire(NW) structure provides an alternative scheme for deep ultraviolet light emitting diodes(DUV-LEDs)that promises high material quality and better light extraction efficiency(LEE). In this report, we investigate the influence of the tapering angle of closely packed Al Ga N NWs, which is found to exist naturally in molecular beam epitaxy(MBE) grown NW structures, on the LEE of NW DUV-LEDs. It is observed that, by having a small tapering angle, the vertical extraction is greatly enhanced for both transverse magnetic(TM) and transverse electric(TE) polarizations. Most notably, the vertical extraction of TM emission increased from 4.8% to 24.3%,which makes the LEE reasonably large to achieve high-performance DUV-LEDs. This is because the breaking of symmetry in the vertical direction changes the propagation of the light significantly to allow more coupling into radiation modes. Finally, we introduce errors to the NW positions to show the advantages of the tapered NW structures can be projected to random closely packed NW arrays. The results obtained in this paper can provide guidelines for designing efficient NW DUV-LEDs.

氮极性AlGaN基隧道结深紫外LED

针对AlGaN(Aluminum Gallium Nitride)基深紫外LED(Light Emitting Diode)发光效率低、工作偏压较大的问题,设计了一种带有n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结的氮极性AlGaN基深紫外LED器件结构。该结构由n-Al_(0.65)Ga_(0.35)N电子提供层、 Al_(0.65)Ga_(0.35)N/Al_(0.5)Ga_(0.5)N多量子阱、组分渐变p-Al_(x)Ga_(1-x)N和n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结构成。研究结果表明,相比于无隧道结的参考LED,隧道结LED具有更高的内量子效率和光输出功率,同时其具有更低的开启电压。隧道结LED光电特性的改善,归因于隧道结的引入提升了LED的空穴注入效率,提高了LED器件的电流扩展能力。通过模拟软件对半导体器件载流子输运、光电特性的模拟,有助于加深对半导体器件物理特性的理解。若在“半导体器件物理”学习课程加入对半导体器件模拟软件的学习,能有效提升学生对半导体器件物理知识的理解和探索。

紫外光通信用日盲型LED研究进展

紫外光通信在激光雷达、战术通信、航空航天内部安全通讯和片上集成通信等领域有着重要应用前景。传统的紫外光通信LED光源的调制带宽窄、输出光功率低和制造工艺复杂等缺点限制了它在长距离、高速率通信和片上集成通信领域的广泛应用。实验表明,增加单个器件发光面积可提升光输出功率,但增加的器件电容对带宽提升是不利的,因此紫外光通信LED未来的重要研究方向是提升并优化带宽的同时增加器件的光功率密度。UVC Micro-LED器件有着光提取效率高、时间常数小、载流子寿命短、调制速率快及工作电流密度高等出色性能,因此在通讯领域受到科研界和工业界的广泛青睐。本文总结了紫外LED、特别是UVC MicroLED的相关研究进展,并重点介绍了它们在光通信及其片上集成互联方面的应用。研究发现,对UVC MicroLED及其阵列制备与性能提升加强研究,是未来提升自由空间和片上互联紫外通信系统性能的最佳解决方案之一。

GaN基LED表面三维凹球结构的制备及其发光增强

以紫外曝光技术为基础,得到了欠曝光条件下的三维凹球结构,结合菲涅尔衍射效应和邻近效应开发了一种制备密排三维周期性凹球结构的方法,并重点研究了掩膜版类型和光刻胶厚度对曝光图形的影响。实验结果表明,采用六方密排结构的明场掩膜图案,当光刻胶厚度为1.3~1.5μm时,可以得到周期为3~5μm、占空比接近100%的三维凹球结构阵列。该三维凹球结构阵列在LED发光增强及微透镜阵列等方面有广阔的应用前景,并在实验中实现了GaN基LED发光增强163.4%,通过角分辨分析得到LED发光在法线方向的30°~65°和115°~150°增强最为明显,扩大了LED光出射的角度,对LED作为显示器件增大可视角度具有重要意义。

高功率密度紫外LED封装模组及其光固化应用

紫外LED芯片技术的快速进步,推动了其在光固化领域的应用。为了更好地满足工业生产应用的要求,开发了由铜板和Al N板构成的三明治结构的高功率密度紫外LED封装模组,兼顾了高效导电和导热性能。实现了单模组6颗芯片封装,辐射面积0.6 cm^2,输入功率432 W,功率密度720 W·cm^(-2),辐出度230 W·cm^(-2),辐射效率32%。由此制造出了性能卓越的大功率紫外LED光固化设备,在装饰板生产线以及光纤拉丝塔上得到应用。结果表明,紫外LED光固化设备具有节能>80%的节能效果,且能大幅度提高产能,将为紫外光固化行业带来更多的革新和机遇。

氮化物紫外LED研究与应用

随着Ⅲ-族氮化物材料与器件技术的不断发展,基于高Al组分氮化物的紫外LED受到广泛关注。本文主要介绍近年来紫外LED在外延、芯片及应用方面的研究进展。紫外LED的量子效率受晶体质量、掺杂效率、光提取等技术难题的制约,还有很大的发展潜力。随着研究的不断深入,紫外LED的性能将进一步提升,并在消毒净化、环境监测、光固化、无创光疗、非视距保密通信等领域得到广泛应用。

紫外LED与计量技术

紫外LED是一种新型的紫外辐射源,具有小巧便携、环保安全的特点。COVID-19疫情的出现加深了人们对深紫外LED杀菌消毒产品的认知。紫外LED与气体放电灯的光谱分布、照射距离、均匀性、功率水平等方面不同,基于传统紫外辐射源形成的计量测试方法,并不能直接套用于紫外LED的测量。本文介绍了现有紫外辐射测量仪器,分析了其用于紫外LED测量时影响测量结果不确定度的关键因素,给出了从仪器标定方法、标准器选择、积分球涂层选择和荧光评价等方面出发,提高测量结果准确度的方法,并对积分型紫外辐射照度计的改进方向提出了建议。

利用紫外LED光源测量SO_2气体浓度

采用LED作为探测光源,可以进一步降低SO2检测设备的成本,增加其使用寿命。以中心波长为300 nm的紫外LED为光源,基于SO2的吸收光谱特性,建立了光学吸收参量与SO2浓度之间的理论模型。试验表明,采用新的数据处理方法进行SO2气体浓度评价,可以显著降低光源及探测器电子噪声对测量结果的影响,当信噪比等于2时其检测限可达0.2μL/L,通过长时间的浓度测量验证了该检测方法的稳定性及精确性。

紫外LED在消毒应用中的效果及影响因素研究

目的测试一款新型紫外发光二极管(LED)设备对载体上测试菌的杀灭能力,对其可能影响消毒效果的因素进行深入分析。方法以金黄色葡萄球菌滴染载体作为研究对象,经紫外LED在各参数条件下照射作用,采用载体定量杀菌试验测定其消毒效果。结果紫外LED随着辐照距离增加,光强度与消毒效果均呈明显的下降趋势,以10 cm照射2~3 s,对光滑玻片上测试菌杀灭对数值>3.0,延长至60 cm杀灭对数值下降为2.84,将辐照时间延长至5 s又可达到消毒效果。不同载体分析表明LED紫外对玻片和不锈钢片等清洁光滑表面消毒效果较好,对纸张也有一定的消毒效果,而布片消毒效果较差。低温环境下紫外LED消毒能力有所下降,需近距离直接照射方可达到一定消毒效果。结论紫外LED在短距离直接照射于光滑表面,可达到良好的消毒效果,但多种影响因素的存在对其现场应用的可靠性和规范性提出了挑战。

近紫外LED封装器件的热稳定性及可靠性

紫外发光二极管(紫外LED)已经在许多超越照明领域展示出了特殊的应用优势,例如健康医疗、消毒杀菌、环保及传感等领域。本文采用仿真和实验相结合的方法研究了具有不同封装结构的近紫外LED封装器件的热稳定性,并对其进行了高温老化可靠性测试评估。研究结果表明:LED器件的辐射功率和正向电压随温度的升高而下降,其中,具有倒装结构的器件下降趋势明显小于正装结构,这表明其热稳定性较好;经过55℃恒温额定电流条件下的可靠性测试发现具有倒装结构的器件光-色特性衰减速率小于正装器件。通过本文研究可以得出结论:具有低热阻、小尺寸等优点的的倒装封装结构有助于提高近紫外LED器件的光-热稳定性和可靠性。

275 nm波长UVC光的皮肤安全性研究

目的探索275 nm C波段紫外线(Ultraviolet C,UVC)光照射对皮肤细胞和血管内皮细胞生存、生长的影响,以及其长期和短期照射对裸鼠皮肤的影响,以确定其安全性。方法设计275 nm UVC-LED光源,分别对人类永生化表皮细胞和人脐静脉内皮细胞进行不同时间的照射,观察不同照射剂量对其生存生长的影响;对裸鼠皮肤进行不同时间的照射,观察外观变化,并收集照射区域组织进行免疫组化分析。结果低剂量275 nm UVC光直接照射细胞时,有一定的皮肤相关细胞安全性。但是高剂量的275 nm UVC光照射会对细胞产生较大伤害。同时,不论是低剂量还是高剂量照射275 nm UVC光均不会诱导裸鼠皮肤DNA损伤和表皮损伤。结论275 nm UVC光具有一定的皮肤安全性,有一定的临床应用前景。

紫外-近紫外基白光LEDs用荧光粉的研究进展

白光LEDs作为新一代照明光源,和前几代照明光源相比,具有发光效率高、使用寿命长、节能环保等一系列突出的优点。本文总结了最近几年用于白光LEDs的紫外-近紫外激发型荧光粉的研究结果,梳理了各个基质体系荧光粉的发展现状,并展望了白光LEDs用荧光粉的研究趋势。

基于LED红外线和紫外线便携式烧伤治疗仪的研制

目的:设计一体化便携式LED红外线和紫外线烧伤治疗仪,以满足医院烧伤科室和基层卫生队对烧伤患者的护理和治疗需求。方法:采用快速接头连接电源部分和治疗护理部分,方便拆解携带,集成红外线和紫外线的临床治疗优点,达到治疗和消毒的双重效果。外加备用电池,方便断电和野外治疗使用。结果:该一体化便携式LED红外线和紫外线烧伤治疗仪整体设计合理,设备装置工作状态稳定,治疗效果明显。结论:该一体化便携式LED红外线和紫外线烧伤治疗仪性能良好,便于携带,应用范围广,野战救灾条件下适应性强。

两种波长LED窄谱紫外线联合药物治疗白癜风的临床疗效研究

目的:观察比较308 nm LED窄谱中波紫外线联用他克莫司与365 nm LED窄谱长波紫外线联用8-甲氧补骨脂素照射治疗白癜风的临床疗效。方法:选取64例白癜风患者采用随机数字表法分为对照组及观察组,每组32例,对照组采用308 nm LED窄谱中波紫外线联用他克莫司照射治疗,观察组采用365 nm LED窄谱长波紫外线联用8-甲氧补骨脂素照射治疗,对比两组患者治疗后出现第一个色素岛的照射次数以及治疗10次、20次后的临床疗效。结果:观察组与对照组出现第一个色素岛的平均照射次数分别为5.59和6.24次,其差异无统计学意义(t=1.772,P>0.05)。对照组治疗20次后有效率为37.50%,观察组治疗20次后有效率为40.63%,两种治疗方法的治疗效果差异无统计学意义(x2=0.000,P>0.05)。结论:308 nm LED窄谱中波紫外线联用他克莫司与365 nm LED窄谱长波紫外线联用8-甲氧补骨脂素照射治疗白癜风均具有显著的临床治疗效果,如何提高治疗效果尚需进一步深入研究。