科学家开发出全球最小最亮的深紫外LED，芯片尺寸仅为5微米

据悉，在本世纪初，南卡罗来纳大学的研究院队就开始研发小型UV LED互联阵列。第一代UV LED像素直径为25微米，组成了10×10的阵列，提升了光输出功率，具有超高可靠性，并减少了电流拥挤，主要对标串联电阻和辅助电流扩展。

最近，该团队针对深紫外光源再次对这个结构进行研究，主要聚焦热阻抗以及像素尺寸对发射功率的影响。

据团队的发言人Richard Floyd透露，将深紫外LED的尺寸缩小到20微米以内不会增加大部分生产步骤的难度，也不需要专门的设备来完成。例如，研究团队在所有的光刻步骤中采用了标准的光阻剂光罩（Photoresist Masking）和Karl Suss MJB-3掩模对准器（Mask Aligner）。

不过，为了保证整个晶圆的均匀性，研究团队优化了20微米以下光刻曝光和显影时间，同时优化了p极欧姆接触退火条件。

研究团队将直径为90微米的单像素LED参照物与三个不同的阵列结构进行对比，分别是：36个直径为15微米的像素阵列、81个直径为10微米的像素阵列、324个直径为5微米的像素阵列，间隙均为5微米。

左：5微米互联像素阵列（像素间的间隙为5微米） 右：直流电流为60mA时的相同阵列（图片来源：南卡罗来纳大学）

通过晶圆上测量法（采用500ns脉冲和0.05%的占空比以最大程度降低器件的热量）发现，带有铝散热片的单个5微米（直径）像素，当驱动电流为10.2kA·cm-2时，峰值亮度可达到291W·cm-2，是上述提及LED参照物亮度的30倍。

三个不同阵列的研究结果显示，得益于消除热下垂的优越排热技术，降低像素尺寸可提升性能。相比单芯片参照物，324个直径为5微米的像素阵列在连续波模式下，输出功率提升了5倍以上，而在脉冲模式下，输出功率可提升15倍以上。

通过本次研究，研究团队发现，该互联微像素阵列的外量子效率不会随着像素尺寸缩小而降低，因此，研究者们有信心在不影响器件性能的条件下，开发出更小尺寸的深紫外LED。

但需要注意的是，研究结果也表明了，随着器件尺寸进一步缩小，热阻抗会微幅降低，不过也仅有这个指标会受到影响。

目前，南卡罗来纳大学研究团队正在研究增强光提取效率的工艺技术，期望能够利用独立电子来控制这些像素。

据悉，本次的研究突破有助于推动UVC LED在要求高剂量深紫外照射的应用中更好地与汞灯竞争。毕竟，在口罩消毒等部分应用场所，汞灯的毒性引发不少担忧。可见，UV-C LED替代汞灯的进程将进一步加快。