紫外发光二极管 第一步：核心定义与基本发光原理 紫外发光二极管是一种能将电能直接转换为紫外光辐射的半导体二极管，其核心是基于半导体材料的电致发光效应。与普通LED类似，它在特定电压下，电流流过其半导体PN结时，电子与空穴复合，以光子的形式释放能量。关键在于其半导体材料带隙宽度较大，因此释放的光子能量高，对应的光波长较短，落在紫外光谱区域（通常指波长10纳米至400纳米，其中商用UVA LED主要在365-400纳米）。 第二步：核心结构与材料体系 实现紫外光发射的关键是采用宽禁带半导体材料。早期和目前商用主流材料是氮化铝镓（AlGaN），通过调节铝（Al）组分的比例，可以改变材料的禁带宽度，从而精确调控发出的紫外光波长（铝含量越高，禁带越宽，波长越短）。其典型结构是在蓝宝石衬底上，通过外延技术依次生长铝氮（AlN）缓冲层、n型AlGaN层、多量子阱有源区（由AlGaN势垒层和势阱层交替构成）、p型AlGaN层和p型接触层。这种异质结结构能有效将电子和空穴限制在有源区内复合发光。 第三步：关键挑战与技术突破 紫外LED的研发面临两大核心挑战。一是“外延材料质量”：由于衬底（如蓝宝石）与AlGaN材料之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数差异，容易产生高密度位错，这些缺陷会成为非辐射复合中心，严重降低内量子效率（即电转换为光的内部效率）。解决方案包括采用低温AlN成核层、图案化衬底以及侧向外延等技术来降低位错密度。二是“p型掺杂困难”：AlGaN材料中，特别是铝含量高时，镁（Mg）受主杂质电离能很高，导致空穴浓度极低，电阻极大。这通过超晶格结构、极化工程以及提高掺杂浓度后的活化退火等技术来部分缓解。 第四步：光电特性与封装特殊性 紫外LED的电特性与普通LED相似，具有正向导通电压（通常高于蓝光LED，如3.5-4.5V）、I-V曲线和温度敏感性。其光特性以中心波长和辐射功率为核心参数。封装技术有特殊要求：由于紫外光，特别是短波紫外，会使许多高分子材料（如普通环氧树脂、硅胶）快速老化、黄化、透光率下降，因此封装需采用耐紫外材料，如石英玻璃、高纯度氟化树脂或特殊配方的硅胶。同时，为提升出光效率，需优化反射杯结构和芯片键合技术。 第五步：主要应用领域 根据波长不同，应用广泛。长波UVA（365-400nm）：主要用于紫外光固化（如油墨、涂料、胶粘剂）、防伪检测、珠宝鉴定、诱虫灯等。中波UVB（280-315nm）：用于医疗光疗、植物生长调控等。短波UVC（200-280nm）：因其能破坏微生物的DNA/RNA，广泛应用于水/空气净化、表面杀菌消毒、医疗器械消毒等领域。紫外LED相比传统汞灯具有瞬时开关、环保（无汞）、小巧、波长可选等优势。