大电流下外量子效率守住40%，UCSB给UVA LED找到了新解法

UVA波段（315–400nm）LED在光刻、材料固化、光催化等工业场景有明确需求，但效率问题长期未能解决。

根源在材料。传统380nm InGaN UVA LED的量子阱铟组分仅约5%，导带与价带的能带偏移远小于蓝光LED，载流子限制能力先天偏弱。同时，UVA器件对界面缺陷极为敏感，界面质量差会显著加剧载流子泄漏，导致效率衰减、光功率不足。这两点构成了产业落地的核心瓶颈。

UCSB的方案：在量子阱生长中间停一下

加州大学圣巴巴拉分校Yifan Yao团队借鉴早期AlGaN LED的研究经验，发现量子阱升温生长阶段引入生长暂停可以显著改善器件性能。基于这一现象，团队系统开展了前驱体调制量子阱方案研究，仅通过MOCVD外延工艺微调，同时应对载流子约束弱和界面缺陷多两个问题。

工艺上，团队采用图形化蓝宝石上GaN衬底，在MOCVD腔体内完成整套外延结构：3μm n型GaN缓冲层、200nm n型Al₀.₀₆Ga₀.₉₄N层、双量子阱有源区、15nm Al₀.₂Ga₀.₈N电子阻挡层、300nm p型Al₀.₀₆Ga₀.₉₄N层以及15nm p型接触层。

与传统不间断外延生长不同，该方案在量子阱与势垒生长间隙设置8分钟氮气环境暂停，期间仅持续通入氨气与少量铟源。团队经多组对比试验验证：30秒或1分钟的短暂停带来的性能提升微乎其微；8分钟是兼顾器件性能与工艺重复性的最优窗口。

该生长暂停会在阱-势垒界面自发形成一层约2nm的富铝界面层。借助扫描透射电镜-能谱表征，团队证实了该界面层的存在。这一精细界面结构有效拉大能带偏移，强化载流子限制能力。

器件数据：光功率三倍，效率抗住大电流

晶圆级电致发光测试结果显示，采用前驱体调制工艺的UVA LED，输出光功率达到传统参考样品的3倍。缺陷相关的宽谱发光被显著抑制，发光谱线宽度收窄，发光质量大幅提升。

研究制备了尺寸从300μm至20μm的上出光LED，并采用介质层对侧壁进行钝化处理。器件呈现尺寸相关的效率跌落特性：芯片尺寸越小，局部发热与电流拥挤效应越弱，效率跌落越轻微。

占空比1%脉冲测试数据表明，40μm封装器件峰值外量子效率突破41%；即便电流密度拉高至200 A/cm²，外量子效率依旧稳定维持在40%。低跌落与高效率的组合，能够满足光刻、固化、光催化等主流工业场景需求。

Yifan Yao表示，这套前驱体调制技术不止局限于UVA LED。团队已经将该工艺迁移至激光二极管外延研发，相关成果不久后将会发表。

产业含义

长期以来，UVA LED效率低、大电流下效率快速衰减，限制了它在高端工业固化、微纳光刻领域的大规模替代。这项研究没有采用复杂新材料或全新设备，只依靠MOCVD生长中断的工艺调控实现界面工程优化，产业化落地门槛相对更低。

随着该技术进一步迭代，380nm UVA LED有望加速替代传统紫外汞灯，在精密加工、新材料固化、环境光催化领域打开更大市场空间。

来源：雅时化合物半导体