人類的生活就是長期與各類細菌共生與斗爭的過程。如益生菌可以促進體內菌群平衡,從而讓身體更健康，而有害的細菌將會引發(fā)導致諸多疾病。比如空調、加濕器、浴室、廚房等有水的地方打掃只要稍有懈怠，這些地方就會滋生細菌。
新一代的尖端技術“深紫外LED（發(fā)光二極管）”能釋放出具有殺菌作用，而且肉眼看不到的光線。這種具有殺菌作用的光線，叫作深紫外線。在LED領域現在開發(fā)的主要是釋放“UV-C”，即100～280nm（納米，納為10億分之1）光線的類型。
圖1、紫外殺菌原理（Nikkiso Giken Co., Ltd）
深紫外線的威力早就得到了證實。深紫外線能直接作用于生命的基礎——DNA，從根本上掐斷細菌繁殖。研究表明，波長為260nm的深紫外線特別容易被DNA吸收。具有消滅DNA遺傳信息的效果。
深紫外線的發(fā)展技術主要在美國、日本、韓國等國家。2014年，赤崎勇和天野浩因開發(fā)出藍色LED而榮獲諾貝爾物理學獎。憑借著諾貝爾技術源泉，日本目前站在了深紫外開發(fā)的最前沿。美國在深紫外的研究方面領先，具有代表性的企業(yè)是美國的SETI公司，但是近年有被日本超越的趨勢，日本日機裝(NIKKISO)從2015年春季開始量產發(fā)光波長為255～350nm的深紫外LED。
韓國廠商首爾半導體與LG Innotek也在研發(fā)紫外LED。同時日本信息通信研究機構（NICT）宣布，新開發(fā)的波長265nm的深紫外LED，實現了輸出功率高達90mW/cm2的連續(xù)發(fā)光，這一功率足以滿足實用化需求。為奪取成長市場，以通過提高發(fā)光效率、建立量產技術，實現成本化為目標，全球掀起了白熱化的技術開發(fā)競爭。一馬當先的是3家日本企業(yè)：日機裝、旭化成和德山。
圖2、UVCLED封裝產品示意圖
紫外LED芯片發(fā)光的波長越短，技術難度就越大，在深紫外LED芯片領域我國也有以青島杰生為代表的優(yōu)秀企業(yè)。另外以鴻利智匯、國星光電為代表的中游封裝公司都計劃推出了各自的深紫外LED產品。
UV-LED單個芯片面積小，便于靈活設計；但相應的是單個芯片的輻射功率也較低，在很多應用中難以滿足高輻射功率密度的要求，這也是目前UV-LED在眾多領域很難替代UV放電燈的重要原因之一。
表1、水銀汞燈與UVC LED比較
首先需要就解決的是UVC LED芯片各波段的高質量AlN模塊。制作藍色LED時，藍寶石基板上疊加氮化銦鎵的晶體層。制作高質量的晶體層，是實現量產和性能穩(wěn)定化的重點，但氮化銦鎵不容易在藍寶石上結晶。
為此，人們想出了先在藍寶石上設置氮化鎵“緩沖層”，再在上面疊加氮化銦鎵層的方法。但是，深紫外LED的發(fā)光材料與藍色LED不同，采用氮化鋁鎵，而且氮化鎵具有容易吸收紫外線的性質，所以緩沖層的材料需要變更為氮化鋁。隨著晶體生長技術的進步，高IQE（內量子效率）的單晶AlN逐步走向成熟。
圖3、高質量深紫外芯片用襯底
首先高Al組成的n-AlGaN各項特性研究。在不同Al含量條件下，對活化能的影響、歐姆電阻的變化以及肖特特性等的研究。
圖4、高Al組成n-AlGaN參數
其次高Al組成的P-AlGaN各項特性研究。研究表明，Al組成為70%時，AlGaN中Mg的活化能將達到320meV，因此新的摻雜技術是決定UVC LED芯片能否做到高輸出功率的關鍵因素。
圖5、高Al組成P-AlGaN參數
AlN基板存在折射率大、光提取效率非常低的問題，因此需要提高芯片光萃取效率。因此提出AlN基板表面形成了由尺寸與波長基本相同的結構二維光子晶體結構，光提取效率達到未做這種表面加工時的140％，加之尺寸比波長小的納米結構組合而成的圖案。光提取效率達到未做這種表面加工時的196％。
圖6、光子晶體結構示意圖
因為深紫外光子能量很大，如果沿用白光的封裝方式，采用光學樹脂對其進行封裝，在長時間高能量的紫外線照射條件下，光學樹脂很容易黃化，進而導致UVC LED壽命大幅度的縮短。
表2、幾種UVC LED封裝方式
因此目前UVC LED的封裝不約而同的轉向采用無機金屬或者陶瓷、玻璃封裝。通過采用無機材料對UVC LED進行封裝避免因為有機材料導致的壽命縮短。鴻利憑借CMH技術平臺，實現UVLED的全無機封裝，同時提出保護氣或者真空的氣密性封裝，為UVC LED芯片提供一個相對穩(wěn)定的工作環(huán)境。為UVC LED封裝提供一種耐深紫外、高性價比的封裝方式。（CMH即：C=ceramic 陶瓷、M=Metal 金屬、H=Glass 玻璃）
圖7、CMH封裝UVC LED示意圖
盡管深紫外的應用市場巨大，芯片發(fā)射功率、穩(wěn)定性得到了極大的提升，但是對于UVC LED的封裝技術稍顯落后，因此尋求一種穩(wěn)定可靠的封裝方式變得非常迫切。因為有機材料的限制，藍光封裝方式的思考DNA需要被打破，尋求一種無機、氣密性、相對性價高的封裝方式是實現UVC LED大規(guī)模推廣的制約因素之一。
鴻利希望借助CMH技術平臺實現對UV LED進行封裝，力求提升UV LED的穩(wěn)定性。借助CMH平臺助力UV LED SMD方式可靠封裝，實現對深紫外UV LED進行保護氣或真空封裝，實現穩(wěn)定可靠的封裝，進而提高其使用壽命。同時借助CMH平臺，拓展在下嚴酷環(huán)境下（如高濕，水下等）UV LED的應用。
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