1 厦门大学物理科学与技术学院福建省半导体材料与应用重点实验室，福建 厦门 361005
2 厦门大学海洋与地球学院近海海洋环境科学国家重点实验室，福建 厦门 361102
3 厦门瑶光半导体科技有限公司，福建 厦门 361006
2019年新冠疫情席卷全球，给人类社会带来了巨大的影响和经济损失。AlGaN基深紫外发光二极管（DUV-LED）作为新型高效消杀器件，引起了学术界广泛的研究，其中，深紫外透明电极对提升深紫外LED的光电性能至关重要。采用一种新型的高透明度（>90%）铜基核壳结构金属纳米丝（Cu@metal NSs）电极，实现深紫外LED光输出功率近一倍的提升。基于深紫外LED的阵列排布及配光优化，集成制造了180 mW深紫外LED消毒灯模组，经生物实验验证，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的灭活率大于99.99%。更重要的是，高功率消毒器械对新型冠状病毒表现出大于99.9%的灭活性能。本工作有望推动未来新型结构的深紫外发光器件制造及其高效消杀应用。
深紫外发光二极管 透明电极 金属纳米丝 杀菌消毒效率 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0523002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 湖南大学化学化工学院，湖南 长沙 410082
4 上海镭慎光电科技有限公司，上海 201899
5 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550081
地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg2+）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R2为0.989，检测限可达到1.4710-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。
光学仪器 地下水原位检测 荧光光谱 重金属检测 紫外发光二极管 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2130001
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 合肥学院生物食品与环境学院，安徽 合肥 230601
土壤作为多环芳烃类有机污染物的主要环境归宿，使用传统色谱和荧光光谱分析方法对残留在其中的多环芳烃进行检测常存在局限性，难以满足动态快速监测土壤污染状况的实际需求。为了实现对土壤多环芳烃的快速检测，设计搭建255 nm紫外LED诱导荧光光谱检测系统，以?、荧蒽、菲和芘4种多环芳烃为研究对象，探讨了不同土壤类型中多环芳烃的LED诱导荧光特性，验证了LED诱导荧光快速检测方法应用于土壤多环芳烃污染物检测的可行性。实验结果表明，在一定的浓度范围内，标准黄土、高岭土中多环芳烃在特征荧光峰处的荧光强度与浓度均呈现出良好的线性相关性（R2>0.98）。在对受多环芳烃污染的实际土样进行检测时，通过建立定点波长浓度反演模型来实现对多环芳烃浓度的定量分析，测试集浓度预测的相对误差基本在理想范围内，对不同多环芳烃土样的平均相对误差最大不超过15.5%。
土壤 多环芳烃 诱导荧光光谱 紫外发光二极管 定量检测 光学学报
2023, 43(18): 1812003
南京邮电大学 彼得·格林贝格尔研究中心，江苏 南京 210003
AlGaN 基深紫外（Deep ultraviolet，DUV）发光二极管（Light?emitting diode，LED）可用于杀菌、水体净化、光疗、固化、传感和非视距通信等场合，在生物、环境、工业、医疗和**等领域具有广阔的应用前景。针对现阶段 DUV LED 外量子效率较低的问题，本文提出了一种超薄垂直结构的 DUV LED 方案。该方案基于蓝宝石‐硅晶圆键合和物理减薄工艺实现了高质量 DUV LED 外延层从蓝宝石衬底到高导热硅基板的转移，并采用转移后亚微米厚度的超薄外延层制备出垂直结构的 AlGaN DUV LED。器件的出光面在减薄工艺后无需特殊的化学处理便可实现纳米级的粗化，配合超薄外延层结构具备显著的失谐微腔效应，有助于破坏高阶波导模式，从而增加 TM 波的出光并提升器件的出光效率。测试表明，转移后的外延层厚度约为 710 nm，制备出的 DUV LED 发光光谱峰值波长约为 271 nm。该垂直结构 DUV LED 制备方案为实现高效 DUV 光源提供了可行路径。
深紫外发光二极管 外延层转移 晶圆键合 减薄工艺 DUV LED epilayer transfer wafer bonding thinning process
1 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸, 在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量, 生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED, 研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现, 随着量子垒高度的增加, 深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势, 量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势, 且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明, 随着量子垒高度增加, 量子垒对载流子的束缚能力增强, 电子空穴波函数空间重叠增加, 载流子浓度和辐射复合速率增加; 但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露, 空穴浓度降低, 从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz, 高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。
紫外光通信 深紫外发光二极管 多量子阱层 调制带宽 发光功率 ultraviolet communication deep ultraviolet light-emitting diodes multiple-quantum-well layer modulation bandwidth optical power
1 河北工业大学电子信息工程学院 天津市电子材料与器件重点实验室， 天津 300401
2 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室， 天津 300401
研究了俄歇复合、电子泄漏和空穴注入对深紫外发光二极管(DUV LED)效率衰退的影响。结果表明，当俄歇复合系数从10-32 cm6·s-1增大到10-30 cm6·s-1时，俄歇复合对效率衰退的影响很小。当俄歇复合系数增大到10-29 cm6·s-1时，俄歇复合对效率衰退有显著的影响。然而，对于AlGaN材料而言，俄歇复合系数很难达到10-29 cm6·s-1。此外，本研究还发现，即使设置的俄歇复合系数等于10-32 cm6·s-1，DUV LED的效率衰退依旧随着电子泄漏的增加而增大。因此，这进一步证明了电子泄漏是导致DUV LED效率衰退的主要因素。此外，本工作还证明了空穴注入效率的提高可以有效地抑制DUV LED的效率衰退问题，这主要是由于更多的电子与空穴在量子阱中复合产生了光子，降低了电子从有源区中泄漏的几率。
深紫外发光二极管 俄歇复合 电子泄漏 空穴注入 效率衰退发 DUV LED Auger recombination electron leakage hole injection efficiency droop
1 海南师范大学物理与电子工程学院， 海南 海口 571158
2 海南师范大学 海南省激光技术与光电功能材料重点实验室， 海南 海口 571158
效率陡降严重影响AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的输出性能，也是近年来DUV LED的一个瓶颈性问题。对常规电子阻挡层(P-EBL)和Al组分三角形渐变P-EBL两种结构DUV LED进行了数值分析。研究了能带、电子电流、空穴浓度、电场、内量子效率、输出功率和自发辐射光谱的分布特性。模拟结果表明，在260 mA电流注入时，相比常规P-EBL结构，Al组分三角形渐变P-EBL结构DUV LED的效率陡降减小了5.85%，改善了DUV LED输出性能。根据数值模拟和分析，器件输出性能改善的原因是Al组分三角形渐变P-EBL结构提高导带势垒高度和增强空穴在P型区域获得的动能，从而减小电子泄漏，并提高了空穴注入效率。
紫外发光二极管 Al组分三角形渐变P-EBL 电子泄漏 效率陡降 DUV LED Al composition triangular graded P-EBL electron leakage efficiency drop
华南理工大学 材料科学与工程学院 高分子光电材料及器件研究所, 广东 广州 510640
在COVID-19流行期, 为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况, 对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射, 脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨; 重点介绍了222nm远紫外消毒技术, 对其应用和未来发展做出了展望; 讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望, 预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主, LED为辅, 两者相互补充的格局。
生物光学 紫外线消毒 低压汞灯 紫外发光二极管 远紫外 biological optics ultraviolet disinfection low pressure mercury lamp(LP) ultraviolet light emitting diode(UV-LED) far ultraviolet
1 安徽工程大学 高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室, 安徽 芜湖 241000
2 安徽工程大学 电气工程学院, 安徽 芜湖 241000
3 北京大学物理学院 宽禁带半导体研究中心, 北京 100871
4 安徽工程大学 外国语学院, 安徽 芜湖 241000
针对AlGaN基多量子阱中有效的平衡载流子注入问题, 研究了有源区势垒层中Al组分调制形成的非规则H形量子势垒对AlGaN基深紫外发光二极管(LED)器件性能的影响及载流子的输运行为。研究发现, 与多量子阱中常用的单Al组分势垒相比, 加入Al组分较高的双尖峰势垒可以有效地提高内量子效率和光输出功率。进一步研究表明, 电子在有源区因凸起的尖峰势垒而得到了有效的阻挡, 减少了电子的泄露, 而空穴获得更多的动能从而穿过较高的势垒进入有源区。因此, 采用非对称H形量子势垒的深紫外LED器件中载流子输运实现了较好的平衡, 量子阱中的载流子复合速率远高于普通的深紫外发光二极管。
深紫外发光二极管 量子势垒 AlGaN AlGaN deep ultraviolet light-emitting diodes quantum barrier
