中國科學院長春光學精密機械與物理研究所黎大兵、孫曉娟研究團隊與武漢大學病毒學國家重點實驗室徐可研究團隊合作，進行強壓應力AlN／藍寶石範本襯底上外延AlGaN基深紫外LED的應力工程、器件製備，以及器件對人類呼吸道RNA病毒消殺效率的研究。研究製備有256nm、265nm和278nm等不同峰值波長的AlGaN基深紫外LED，對人類呼吸道RNA病毒有極佳消菌效果。

研究背景

人類呼吸道RNA病毒如SARS-CoV-2和甲型流感病毒（IAV），全球造成大量發病死亡率、經濟損失和大流行性疾病，有必要開發更高效、更廣譜的表面和環境消毒方法，以降低人類呼吸道RNA病毒傳播的風險。

深紫外光照是一種通過破壞病毒基因組滅活病毒的有效方法。 汞燈通常用來殺菌，但有毒性、脆性、體積大、壽命短和產生臭氧等點。《水俁公約》2020年起，禁止生產、進口和出口含汞產品。現在迫切需要新環保且高效殺菌產品。AlGaN深紫外LED波長可從365nm調諧到210nm，有無污染、小尺寸、節能等優點，是汞燈殺菌的替代品，如下圖。

基於AlGaN的深紫外LED可有效滅活大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌等細菌，不同細菌對不同波長的敏感性不同。260nm以下波長對細菌有較佳滅活效果，但基於AlGaN的LED對SAR-CoV-2和IAV的消殺效果的研究通常集中265~365nm，且有整合光源模式和低病毒濃度，必須更精確估計更便攜、更短波長的AlGaN基深紫外LED對SARS-CoV-2和IAV的滅活作用。

基於AlGaN的深紫外LED通常在AlN／藍寶石範本上異質外延生長。20年各種方法獲高品質AlN／藍寶石範本，高溫退火方法由於簡單、高效和穩定性，可能是最有前途的工業應用，高溫熱退火AlN／藍寶石範本通常表現出較強的壓縮應力，這會顯著影響上部AlGaN品質。

一方面，強壓應力可誘導S-K生長模式，導致三維島結構，產生高密度的螺紋位錯和粗糙表面。另一方面，強壓應力會引起牽引效應，導致成分不均勻和低p摻雜效率。強壓應力很可能使器件退化，強壓應力AlN／藍寶石範本上外延器件，強壓應力弛豫很必要。

研究亮點

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所黎大兵、孫曉娟研究團隊與武漢大學病毒學國家重點實驗室徐可研究團隊合作，進行強壓應力AlN／藍寶石範本襯底上外延AlGaN基深紫外LED的應力工程、器件製備，以及元件對人類呼吸道RNA病毒消殺效率的研究。

透過強壓應力AlN／藍寶石襯底與AlGaN外延層之間插入超晶格結構，能有效緩解襯底對外延層的強壓應力，使AlGaN外延層位錯密度相比直接外延方式降低一個數量級，有原子級平整表面，可顯著提升外延LED介面品質。

研究團隊製備具256nm、265nm和278nm等不同峰值波長的AlGaN基深紫外LED，對應光功率在100mA下達6.8mW、9.6mW和12.5mW。

研究團隊在相同的光功率密度（0.8 mW/cm2）下，研究不同波長對人類呼吸道RNA病毒SARS-CoV-2、IAV和人類副流感病毒（HPIV）殺菌效果。結果是當病毒濃度為3.8×105PFU/mL時，所有波長LED在60秒內均能100%消殺SARS-CoV-2和IAV。256nm-LED更能10秒內100%殺菌SARS-CoV-2和IAV，展現比長波長LED更高的殺菌效率。

此外，更高病毒濃度和不同病毒附著表面環境下，256nm-LED同樣展現出極佳消殺效果，有助深紫外LED以更便攜、環保、廣譜、高效消毒殺菌。

AlGaN基深紫外LED工作波長、結構及滅菌領域應用。

該工作以〈Rapid inactivation of human respiratory RNA viruses by deep ultraviolet irradiation from light-emitting diodes on a high-temperature-annealed AlN / Sapphire template〉為題發表於《Opto-Electronic Advances》（光電進展）2023年第9期，第一作者為蔣科、梁斯萌；通訊作者孫曉娟、黎大兵、徐可。（資料來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所黎大兵、孫曉娟研究團隊供稿 、光電期刊公號）