UVLED 按照發(fā)光峰波段可劃分為：UVC，波長峰值（WLP）在200-280nm波段；UVB在 280-320nm波段；UVA在320-400nm波段。其中，UVB和UVC波段的紫外光本身是肉眼不可見的，但很多UVC芯片都會發(fā)出肉眼可見的光線，光線呈現(xiàn)藍色、紫色、白色、黃色等，出現(xiàn)光色不一的問題。這種問題在藍綠光LED不明顯，主要是因為藍綠光LED工作狀態(tài)的亮度非常高且波長變化引起的視覺光色差異較小，而在UVLED應(yīng)用中非常常見甚至是無法避免的。
        不過，藍綠光LED主要應(yīng)用為照明、背光源、景觀等，視覺觀察是評價其優(yōu)劣的重要依據(jù)，而UVLED芯片多為功能性應(yīng)用，評價以功能實現(xiàn)為依據(jù)，因此光色不一的問題并不是UVLED面臨的主要問題。
        但即便如此，UVLED光色不一的問題仍然需要我們對其進行深入的分析，光線顏色通常受到外延結(jié)構(gòu)影響較大，以下針對UVLED的光色問題進行外延材料的機理剖析。
        視覺光色不一的直接原因就是光譜不同
        目前UVC LED主流發(fā)光波長峰值（WLP）為270nm-280nm，其光譜如圖一所示，峰值最高為278nm，兩邊逐漸降低。長波方向，當(dāng)波長達到可見光范圍的380nm以上（紫色圈處），仍有一定的強度，這部分光線會被人眼接收，呈現(xiàn)出微弱的紫色光；如果波長達到460nm（藍色圈處）還有一定的強度，會呈現(xiàn)出微弱的藍紫光。如果藍光區(qū)域的光強度接近甚至超過紫光區(qū)域的強度，則會呈現(xiàn)出微弱的藍光。 

 
圖一 UVC芯片光致發(fā)光譜

        （一）光譜半高寬
        光譜半高寬影響芯片發(fā)光顏色主要是UVA波段。藍綠光均為可見光且亮度非常高，UVC和UVB光線不可見，UVA則是有一部分光為可見光，可見光的比例很大程度上影響了其發(fā)光顏色，因此UVA波段光譜半寬對于發(fā)光顏色影響更加明顯，如圖二（a）所示，半高寬（FMHW）較小，發(fā)光顏色會偏紫；圖二（b）的光譜FMHW較大，發(fā)光顏色會偏藍。
        同樣，F(xiàn)MHW的大小也會體現(xiàn)在主波長數(shù)據(jù)上，大部分情況下，F(xiàn)MHW越大，主波長也越大，發(fā)光顏色會偏長波長。 

 
圖二a 光譜半寬小，發(fā)光顏色偏紫
 
 
圖三 不同光譜半寬的光致發(fā)光譜（b 光譜半寬大，發(fā)光顏色偏藍）

        量子阱的阱寬是決定發(fā)光光譜的其中一個因素，阱寬波動導(dǎo)致光譜半寬大。工藝過程控制出現(xiàn)偏差會引起阱寬的變化，如溫度、MO源飽和蒸氣壓、III族元素組分等因素變化都會引起生長速率的變化，從而導(dǎo)致阱寬出現(xiàn)變化。如果材料中不同位置的阱寬差異明顯，或同一位置不同外延層的阱寬差異明顯，就會出現(xiàn)光譜半寬大的問題。 此外，阱層摻雜、極化場等也會引起光譜半寬大的問題。

 
圖四阱寬波動透射電鏡圖片

        
        （二）深能級發(fā)光
        III族/V族化合物制作的LED產(chǎn)品，藍綠光LED、紫光LED、UV LED等芯片光譜中，黃光帶是一直存在的，其波峰在550nm左右，強度很低，但是人眼對550nm波長的感官最強烈，因此黃光帶很容易被人眼捕捉到。
        UVC產(chǎn)品工作波長肉眼不可見，因此黃光帶會更加容易被捕捉到，使產(chǎn)品呈現(xiàn)出微弱的黃光。黃光帶的來源一直沒有明確的定論。
 

 
圖五UVA芯片的黃光帶光譜

        肉眼感知的黃光強度與芯片的亮度沒有絕對的對應(yīng)關(guān)系。芯片的發(fā)光越強，黃光帶受到短波長激發(fā)而發(fā)出的光線也越強；同時黃光帶吸收掉過多的工作波長。
        （重點）：如果黃光帶強度較高，芯片發(fā)光顏色會直接顯示黃色；如果黃光帶強度較低，遠低于光譜中的藍光和紫光部分，那么黃光會與藍光紫光混合發(fā)出白色的光線。
        以上這種因光譜導(dǎo)致的發(fā)光顏色差異大都可以體現(xiàn)在主波長數(shù)據(jù)上，發(fā)光顏色為紫色的芯片主波長應(yīng)在430nm以下，發(fā)光顏色為藍色的芯片主波長應(yīng)在450nm以上，發(fā)光顏色偏黃的主波長可能達到500nm。
        很多研究將黃光帶的來源歸咎于深能級，而其中Ga空位、Mg、C等受到關(guān)注最多[1,2]。比如C污染，因生長過程中使用的金屬源為有機物，因此不可避免會有C原子進入材料中，而這種C原子或與N原子結(jié)合，或進入間隙，形成C深能級，提供了黃光帶的發(fā)光源。通過二次離子質(zhì)譜（SIMS）和X射線能譜（XPS）測試分析可以看出，材料中C的密度還是很高的，達到1E17cm-3。通常情況下，C比例較大的材料，黃光帶更加明顯。 

 
 
圖六 不同C組分材料的SIMS及EDS數(shù)據(jù)

        此外，LED中亦常見與Mg摻雜有關(guān)的藍光帶發(fā)光，一些研究表明p-GaN中Mg的深能級位于GaN導(dǎo)帶底-0.2eV位置，因此光譜在390nm左右，因此會使UV LED芯片，尤其是UVC LED芯片呈現(xiàn)出藍紫色的光色。
        除此之外，還有一些雜質(zhì)、間隙等缺陷[3-5]，如Fe雜質(zhì)、Ga間隙原子、H絡(luò)合物、有機物分子等，也包括一部分C間隙或者絡(luò)合物，這些缺陷中大部分是常規(guī)的測試分析難以捕捉到的，但同時也是MOCVD生長過程中無法避免的。研究表明，在GaN材料中，這些缺陷形成了兩個較為明顯的深能級帶，一個能級位于GaN導(dǎo)帶底-0.5eV左右的位置，發(fā)光波峰在420nm-440nm之間。這種缺陷對發(fā)光顏色的影響較為明顯，UV LED芯片受到這種深能級發(fā)光影響，發(fā)光顏色會呈現(xiàn)出藍紫色或藍色。另一個則位于黃光帶光譜位置，被認為是引起黃光帶的原因之一。

文章出自：材料深一度

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