概念

　　2014年諾貝爾物理學獎的授獎對象藍色LED的中心波長約為450nm，而擁有400nm以下非可視波長的，是紫外LED。

　　最近，波長為250n-400nm左右的紫外LED作為繼藍色LED之后的新領域受到關注，研究人員積極展開了研發(fā)。實現(xiàn)紫外LED的常用方法是，在同為藍色LED材料的GaN(氮化鎵)中添加Al(鋁)擴大帶隙，以獲得比藍色LED短的波長。

　　波長不足300nm的深紫外LED的開發(fā)活動也很活躍。在2008年理化學研究所和松下電工曾公布，采用GaN類半導體的InAlGaN開發(fā)出了發(fā)光中心波長為282nm，光輸出功率為10mW的深紫外LED。波長更短的深紫外LED方面，NTT物性科學基礎研究所采用AlN材料開發(fā)出了發(fā)光中心波長為 210nm的深紫外LED。

圖：紫外LED應用領域

　　紫外LED由于發(fā)光波長短(能量大)，有望用于與可見光領域的LED不同的用途。如殺菌、化學物質(zhì)分解、樹脂硬化和粘接等。例如，波長為 255n-350nm的紫外光(深紫外光)能引發(fā)在260n-270nm達到光吸收峰值的DNA的功能障礙，可殺死大部分細菌。基于這一特性，有望在醫(yī)療、生命科學、環(huán)境、工業(yè)等廣泛領域取代現(xiàn)有光源汞燈等。紫外線LED能提供較小的光束角和均勻的光束。由于紫外線LED不需要其他透鏡就能得到緊湊的光束角和均勻的光束圖，具有較低的能量消耗并增加了耐用性，所以與CCFL技術(shù)相比，紫外線LED的使用成本少了一半。

　　赤崎和天野的研究小組開發(fā)方向

　　采用近紫外光的LED還有望實現(xiàn)顯色指數(shù)等比組合“藍色LED+黃色熒光材料”的普通藍色LED更優(yōu)異的白色LED。近紫外光LED通過分別激發(fā)紅色、綠色和藍色熒光材料可發(fā)出白色光。

　　因此，很多致力于藍色LED開發(fā)和性能提高的研究小組近年來開始轉(zhuǎn)戰(zhàn)紫外LED。作為研究成果，最近相關產(chǎn)品紛紛亮相。

　　獲得諾貝爾物理學獎的赤崎勇和天野浩的研發(fā)小組近年來也將AlGaN類紫外LED的研究作為重要主題之一。為使研究成果實用化，2006年名城大學創(chuàng)建了風險公司“創(chuàng)光科學”。天野在獲得諾貝爾獎后舉行的記者發(fā)布會上也提到今后的研究主題之一就是紫外LED。

　　國內(nèi)紫外LED的發(fā)展現(xiàn)狀

　　“十一五”國家863計劃新材料技術(shù)領域重大項目“半導體照明工程”課題“深紫外LED制備和應用技術(shù)研究”經(jīng)過持續(xù)攻關，在高鋁組分材料研究和器件應用方面取得重要突破。

　　半導體深紫外光源在照明、殺菌、醫(yī)療、印刷、生化檢測、高密度的信息儲存和保密通訊等領域具有重大應用價值。以 AlGaN材料為有源區(qū)的深紫外LED的發(fā)光波長能夠覆蓋210-365nm的紫外波段，是實現(xiàn)該波段深紫外LED器件產(chǎn)品的理想材料，具有其它傳統(tǒng)紫外光源無法比擬的優(yōu)勢。

　　在國家863計劃支持下，課題研究團隊集中開展了基于MOCVD的深紫外LED材料和器件研究工作，著重解決材料存在的表面裂紋、晶體質(zhì)量差、鋁組分低、無法實現(xiàn)短波長發(fā)光和結(jié)構(gòu)材料設計等問題，在一些關鍵技術(shù)方面取得了突破，獲得了高結(jié)晶質(zhì)量無裂紋的高鋁組分材料。在此基礎上，課題在國內(nèi)首次成功制備了300nm以下的深紫外LED器件，實現(xiàn)了器件的毫瓦級功率輸出，開發(fā)了深紫外殺菌模塊，經(jīng)測試殺菌率達到95%以上。

　　紛紛產(chǎn)品化

　　在創(chuàng)光科學設立之初就向其出資，后來又將其納為子公司的是日機裝。日機裝最近在波長為255n-350nm的深紫外LED的量產(chǎn)化方面取得了眉目預定從2015年春開始在石川縣建設的新工廠中進行量產(chǎn)。對于擅長工業(yè)泵和廢水處理裝置等業(yè)務的日機裝來說，LED是個全新的領域。該公司預計與現(xiàn)有業(yè)務親和性較高的環(huán)境和工業(yè)領域，以及醫(yī)療和生命科學領域存在潛在需求，因此決定挑戰(zhàn)新業(yè)務。

圖：紫外LED應用于牙齒美白

　　另一位諾貝爾物理學獎獲得者中村修二曾經(jīng)就職的大型藍色LED企業(yè)日亞化學工業(yè)也開始擴充紫外LED的產(chǎn)品線。該公司在2014年10月15-17日于太平洋橫濱國際會展中心舉行的展會“InterOpto 2014”上，展示了波長為365n-405nm的LED新產(chǎn)品群對2014年上市的產(chǎn)品進行了介紹。

　　紫外LED在技術(shù)上還有很大的進步空間。例如，深紫外范圍的發(fā)光效率目前只有幾%。今后，如果發(fā)光效率大幅提高，紫外LED將與藍色LED一樣在LED市場上占據(jù)重要的地位。