1、單晶及襯底
單晶、襯底材料是半導體照明產業技術發展的基石，不同的襯底材料決定了外延片的生長技術、芯片加工技術和器件封裝技術，襯底材料決定了半導體照明技術的發展路線。目前生產上用的襯底有藍寶石、碳化硅、硅，正在研究中潛在襯底材料有GaN、AlN。襯底相關標準明細表見下表。
表1 單晶及襯底現有標準明細表
2、紫外LED外延片
紫外LED外延片基于（In/Al）GaN合金的PN結，外延層生長在襯底上，由下往上包括緩沖層、n型擴展層、有源區、p型擴展層等；緩沖層用來緩解襯底和InAlGaN晶格的不匹配；Si作為n型施主摻雜，而Mg作為P型受主摻雜；有源區（UV發射層）通常不摻雜，含有多個量子阱。 外延片相關的標準匯總表見表。
表2 外延片現有標準明細表
3、半導體設備
紫外LED相關的半導體生產、封裝設備標準較少，因為制造設備本身供應商較少，我國半導體生產制造設備很多為進口，國產化數量比較少。現有相關標準明細表見表。
表3 半導體設備現有標準明細表
4、原材料
UV LED生產涉及的原材料包括高純金屬有機化合物、特種氣體材料等，這方面國產化比例較高，如電子級三甲基鎵、電子級三甲基銦、電子級三甲基鋁、電子級三乙基鎵、電子級二茂鎂等已經制定國家標準。
表4 原材料現有標準明細表
二、芯片及封裝標準現狀分析
1、紫外LED芯片
紫外LED外延片經過光刻、刻蝕、淀積、退火等半導體制作工藝，形成可以切割、分離的芯片。如果襯底是不導電的藍寶石，P電極通過淀積合適的金屬材料形成，而n電極需要腐蝕p型層和有源區，淀積電極材料形成平面結構的正裝芯片；其他如平面結構的倒裝芯片、轉移襯底的垂直結構芯片等，芯片相關的標準匯總表見附件表。
表5 紫外LED芯片現有標準明細表
2、紫外LED封裝
紫外LED封裝技術與可見光LED工序類似，現在的主要兩個問題是熱管理和光提取。產品封裝形式比較多樣化，根據封裝材料的類型，可以分為有機封裝，半無機封裝以及全無機封裝。有機封裝與傳統封裝一樣，采用硅膠、硅樹脂或者環氧樹脂等有機材料進行封裝，技術相對比較成熟，包括Lamp、SMD、陶瓷Molding等產品。密封材料和光學材料需要增加抗UV的材料。
半無機封裝采用有機硅材料搭配玻璃等無機材料，通過在基板四周涂覆膠水來實現透鏡的放置。若環氧樹脂透鏡被玻璃透鏡取代，壽命可以從5000小時提高到2萬小時（研發水平），因為紫外光加速了環氧樹脂材料的老化，玻璃的耐久性和可靠性相對好一些。另外一個選擇是玻璃透鏡和硅膠封裝組合，可以承受更高的密度，更高的光效，但是壽命相對短，理論上只有15000小時-20000小時。相比有機封裝，半無機封裝方式的優勢在于極大程度地減少了有機材料的比例，減少了有機材料帶來的光衰問題以及濕熱應力導致的失效問題，穩定性和可靠性得到了大幅度的提升。
全無機封裝則是不使用有機材料，通過激光焊、波峰焊、電阻焊等方式來實現透鏡和基板的結合，完全避免了有機材料的存在。當然目前已經存在了抗UVC波段的氟樹脂材料，并隨著材料的發展，未來紫外器件封裝在部分領域還是有回歸到有機封裝當中的可能。
圖2-2 紫外LED不同封裝形式圖例
紫外LED隨著波長的降低，壽命會降低。目前395nm比較好的壽命L70基本30000小時左右，而UVC的壽命L70目前國內外參差不齊，好的能到15000小時以上，而差的只有2000小時不到，這和LED外延層的缺陷有關，此時無機封裝對壽命的提升效果有限。
正在制定中的器件相關電子行業標準《半導體紫外發射二極管第一部分：測試方法》（2018-0137T-SJ）、《半導體紫外發射二極管第二部分：芯片規范》（2018-0138T-SJ）、《半導體紫外發射二極管第三部分：器件規范》（2018-0139T-SJ）。
表6 紫外封裝現有標準明細表
3、封裝相關材料
封裝相關材料涉及散熱基底、石英玻璃透鏡、封裝粘結材料等。
文章來源：國家半導體照明工程研發及產業聯盟標準化委員會（CSAS）正式發布《紫外LED標準化體系分析報告》，參編單位：
中國科學院半導體研究所
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