深紫外LED的元件结构

深紫外LED的结构

深紫外LED由LED元件、保护二极管、封装基板和镜头组成。

实现“高品质”、“高输出”、“高效率”的三项技术

斯坦雷电气不断改进“LED元件”和“封装结构”，开发出其他公司无法实现的独家深紫外LED。

LED元件

如【图2】所示，LED元件是通过将各层层叠在最上方的AlN基板上制造而成。

使用晶体缺陷少的基板材质

制造LED元件时作为LED元件结构底材的基板是用于堆叠层的基础部分。
基板与n-AlGaN（氮化铝镓）层的晶格常数（晶粒的间隔）差增大后，晶体缺陷会增加，因此使用材质与n-AlGaN层相近的基板提高晶体品质。
很多深紫外LED的基板使用蓝色LED中用到的蓝宝石材质，晶粒的间隔（晶格常数）大，所以基板层叠容易产生裂纹，特别是265nm短波长层叠更加困难。
产生裂纹后，即便通入大电流，也无法高效发光。
另外，只要通入小电流，基板温度就会上升，导致效率降低。

元件类型	结构	特点
AlN基板	晶体缺陷→ 1万个/cm² 蓝宝石基板的万分之一晶体缺陷少	◎ 高效率高输出
蓝宝石基板	晶体缺陷→ 1亿个/cm² 晶体缺陷多	× 低效率低输出

因此，斯坦雷电气为了实现高杀菌效率的265nm波长，收购了拥有由铝（Al）和氮（N）组成的AlN基板的HexaTech公司，可以制造需要高度技术力的AlN基板。晶粒的间隔小，可制造整齐的层叠结构【图3参照】，不易产生裂纹（晶体缺陷少）。

图3层叠结构对比

因此，能够实现高输出小电流的发光。蓝宝石基板大概在超过400mA后，光输出便不再增加，但斯坦雷的LED即使在大电流下也能保持高输出。

另外，通过采用晶体缺陷少的AlN基板，在高温度环境下也能实现高输出。使用蓝宝石基板的LED的效率会大幅降低，但斯坦雷产品可维持高效率，温度特性优秀【参照图4】。

图4各基板材质温度特性对比

实现有厚度但透光率高的层叠基板的生成方法

第二项技术是将元件发射的光高效提取（光提取效率）的技术。
AlN基板起到类似LED元件的窗户的作用，透光性越高，便可提取越多的明亮的光。
另外，基板有厚度，在制造工艺中有助于降低操作难易度。
换句话说，对于基板而言，重要的是“高透明性＋厚度”。
但是，采用常用的“升华法”时，杂质进入晶体内会导致透明性降低，而且若要增加厚度，则透明性也会下降。

因此，斯坦雷电气为了制造既有厚度透明性又高的基板，采用了名为“HVPE（氢化物气相外延）法”的技术。
与利用传统升华法的AlN基板相比，波长300nm以下（杀菌效果高的265nm附近）的透光率特别高，可高效提取光【参照图5】。
综上所述，高效提取元件发出的强光可实现“高效率”。