紫外線は見えないのではないですか？カラフルなUV LEDはどうやって来ましたか？

发布时间：2021-06-01 17:32 来源：萤光创新

UVLED 発光ピーク帯域によって、UVC、波長ピーク（WLP）は200-280 nmの帯域に分けられます。UVBは280-320 nmの帯域である。UVAは320-400 nmの帯域である。このうち、UVBとUVC帯の紫外線自体は肉眼では見えませんが、多くのUVCチップは肉眼で見える光を発しています。光は青、紫、白、黄色などを呈して、光の色が違っています。この問題は青緑色LEDでは明らかではないが、主に青緑色LEDの動作状態の明るさが非常に高く、波長の変化による視覚色の差が小さいためであり、UV LEDの応用において非常に一般的であり、避けられないほどである。

しかし、青い緑のLEDは主に照明、バックライト、景観などに応用されています。視覚観察はその優劣を評価する重要な根拠です。UV LEDチップは機能性の応用が多く、機能の実現を根拠として評価されていますので、光の色が違っている問題はUV LEDが直面する主要な問題ではありません。

それでもUV LEDの光の色が異なるという問題については、その深さの分析が必要であり、光の色は通常、エピタキシャル構造の影響が大きいので、以下のUV LEDの光の色問題についてエピタキシャル材料のメカニズム解析を行う。

視覚の色の違いの直接の原因はスペクトルの違いです。

現在、UVC LEDの主流発光波長ピーク（WLP）は270 nm-280 nmで、そのスペクトルは図に示すように、ピークは最高278 nmで、両側は徐々に低下しています。長波の方向は、波長が可視範囲の380 nm以上に達すると、まだ一定の強度があり、この部分の光は人の目に吸収され、弱い紫色の光を呈する。波長が460 nm（青色圏）に達すると、まだ一定の強度があり、弱い青紫の光が現れます。Blu-ray領域の光強度が紫外線領域の強度を超えて近づくと，弱い青色の光が現れた。

図一UVCチップ光ルミネセンススペクトル

（一）スペクトルの幅
スペクトルの半値幅がチップの発光色に影響するのは主にUVAバンドである。青緑色光はいずれも可視光であり、非常に輝度が高く、UVCやUVBは可視光ではなく、UVAは可視光の一部であり、可視光の割合が大きくその発光色に影響を及ぼしているため、UVA帯のスペクトルの半幅は発光色に対してより顕著であり、図2（a）に示すように、半高幅（FMHW）が小さく、発光色が紫に偏っている。図2（b）のスペクトルはFMHWが大きく、発光色が青に偏ります。

同様に、FMHWのサイズも主波長データに反映されます。ほとんどの場合、FMHWが大きいほど、主波長も大きくなり、発光色が長波長に偏ります。

図二aスペクトルの幅は半幅で小さく、発光色は偏紫である。

図3の異なるスペクトルの半幅の光ルミネセンススペクトル（bスペクトルの半広さ、発光色の青さ）

量子井戸の井戸幅は発光スペクトルを決定する要因の一つであり，井戸幅のゆらぎはスペクトルの半広さをもたらす。プロセス制御にばらつきが生じると，温度，MO源飽和蒸気圧，III族元素成分などの因子変化が成長速度の変化を引き起こし，井戸幅に変化が生じる。材料中の異なる位置の井戸幅の違いが明らかであれば，あるいは同じ位置の異なるエピタキシャル層の井戸幅の違いが明らかであれば，スペクトルの半広さの問題が生じる。さらに，井戸層ドーピングや分極場などはスペクトルの半寛大さの問題を引き起こす。

図4井戸の幅変動透過型電子顕微鏡画像

（二）深準位発光
III族/V族化合物で作られたLED製品は、青緑色LED、紫光LED、UV LEDなどのチップスペクトルの中で、黄色光帯がずっと存在しています。そのピークは550 nmぐらいで、強度は低いですが、人間の目は550 nm波長の感官が一番強いので、黄光帯は人の目に捉えられやすいです。

UVC製品は波長が肉眼では見えないため、黄光帯がより容易に捉えられ、製品に弱い黄光が現れます。黄色の光の帯の出所はずっと明確な定説がありません。

図5 UVAチップの黄光帯スペクトル

肉眼で感知する黄光の強度はチップの明るさと絶対的な対応関係がない。チップの発光が強いほど、黄光帯は短波長に励起されて光も強いです。同時に黄光帯は働きすぎる波長を吸収します。

（重点）：黄光帯の強度が高いと、チップの発光色は直接黄色を表示する；黄色の光帯の強度が低いと、スペクトルのブルーレイと紫外線の部分よりずっと低いと、黄色の光がブルーレイと混合して白色の光を放出します。

このようなスペクトルによる発光色の違いは、主波長データに多く反映され、発光色が紫色のチップ主波長は430 nm以下であり、発光色が青色のチップ主波長は450 nm以上であり、発光色が黄色くなる主波長は500 nmに達する可能性がある。

多くの研究は黄色の光帯の源を深い準位のせいにしていますが、Ga空格子点、Mg、Cなどが最も注目されています。例えばC汚染は、成長中に使用される金属源が有機物であるため、材料中にC原子が入ることは避けられない。このようなC原子は、N原子と結合したり、隙間に入ったりして、C深度準位を形成し、黄光帯の発光源を提供する。二次イオン質量分析（SIMS）とX線エネルギースペクトル（XPS）の試験分析により，材料中のCの密度はやはり高いことが分かった。1 E 17 cm-3に達した。通常、Cの割合が大きい材料は黄光帯がより顕著である。

図6の異なるC成分材料のSIMS及びEDSデータ

さらに、LEDではMgドーピングに関連したブルーレイバンド発光が一般的であり、p-GaNにおけるMgの深い準位がGaN伝導帯の底-0.2 eV位置にあることを示すいくつかの研究から、スペクトルは390 nm前後であるため、UV LEDチップ、特にUV LEDチップは青紫色の光色を呈する。

このほか、Fe不純物、Gaギャップ原子、H錯体、有機物分子などの不純物、ギャップなどの欠陥があり、一部のCギャップや錯体も含まれています。これらの欠陥の大部分は通常のテスト分析では捉えにくいですが、MOCVDの成長過程では避けられないものです。これらの欠陥はGaN材料において2つのより明白な深い準位バンドを形成し，一つのエネルギー準位はGaN伝導バンドの底‐0.5 eVの左右に位置し，発光ピークは420 nm−40 nmの間にあることを示した。このような欠陥は発光色に影響を与え，UV LEDチップはこのような深い準位発光に影響され，発光色は青紫色または青を示す。もう一つは黄光帯のスペクトル位置にあり、黄光帯の原因の一つと考えられています。