據外媒報導，美國南卡羅來納大學（the University of South Carolina）的科學家已開發出全球最小、最亮的深紫外 LED，晶片尺寸僅為 5 微米，波長為 281 奈米。由這些晶片組成的 UVC LED 陣列亮度達 361W・cm-2。

據悉，在本世紀初，南卡羅來納大學的研究院隊就開始研發小型 UV LED 互聯陣列。第一代 UV LED 畫素直徑為 25 微米，組成了 10×10 的陣列，提升了光輸出功率，具有超高可靠性，並減少了電流擁擠，主要對標串聯電阻和輔助電流擴展。

最近，該團隊針對深紫外光源再次對這個結構進行研究，主要聚焦熱阻抗以及畫素尺寸對發射功率的影響。

據團隊的發言人 Richard Floyd 透露，將深紫外 LED 的尺寸縮小到 20 微米以內不會增加大部分生產步驟的難度，也不需要專門的設備來完成。例如，研究團隊在所有的光刻步驟中採用了標準的光阻劑光罩（Photoresist Masking）和 Karl Suss MJB-3 掩模對準器（Mask Aligner）。

不過，為了保證整個晶圓的均勻性，研究團隊優化了 20 微米以下光刻曝光和顯影時間，同時優化了 p 極歐姆接觸退火條件。

研究團隊將直徑為 90 微米的單畫素 LED 參照物與三個不同的陣列結構進行對比，分別是：36 個直徑為 15 微米的畫素陣列、81 個直徑為 10 微米的畫素陣列、324 個直徑為 5 微米的畫素陣列，間隙均為 5 微米。

▲ 左為 5 微米互聯畫素陣列（畫素間的間隙為 5 微米）。右為直流電流為 60mA 時的相同陣列。（Source：南卡羅來納大學）
 

透過晶圓上測量法（採用 500ns 脈沖和 0.05% 的占空比以最大程度降低器件的熱量）發現，帶有鋁散熱片的單個 5 微米（直徑）畫素，當驅動電流為 10.2kA・cm- 2 時，峰值亮度可達到 291W・cm-2，是上述提及 LED 參照物亮度的 30 倍。

三個不同陣列的研究結果顯示，得益於消除熱下垂的優越排熱技術，降低畫素尺寸可提升性能。相比單晶片參照物，324 個直徑為 5 微米的畫素陣列在連續波模式下，輸出功率提升了 5 倍以上，而在脈沖模式下，輸出功率可提升 15 倍以上。

通過本次研究，研究團隊發現，該互聯微畫素陣列的外量子效率不會隨著畫素尺寸縮小而降低，因此，研究者們有信心在不影響器件性能的條件下，開發出更小尺寸的深紫外 LED。

但需要注意的是，研究結果也表明了，隨著器件尺寸進一步縮小，熱阻抗會微幅降低，不過也僅有這個指標會受到影響。

目前，南卡羅來納大學研究團隊正在研究增強光提取效率的工藝技術，期望能夠利用獨立電子來控制這些畫素。

據悉，本次的研究突破有助於推動 UVC LED 在要求高劑量深紫外照射的應用中更好地與汞燈競爭。畢竟，在口罩消毒等部分應用場所，汞燈的毒性引發不少擔憂。

儘管當前 UVC LED 在光電轉換效率、性價比和壽命等技術指標方面還比不上汞燈，但技術的不斷突破終將推進 UVC LED 替代汞燈的進程。

（作者：LEDinside Janice；首圖來源：)