紫外LED依據(jù)波長通常可以劃分為UVA LED（320nm-400nm）、UVB LED（280-320nm）、UVC LED（200-280nm）以及VUV LED（10-200nm）。UVC屬于不可見光，能破壞細(xì)菌或病毒的脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）或核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA），從而實現(xiàn)殺菌消毒的效果。在今年新冠肺炎疫情爆發(fā)的背景下，UVC LED產(chǎn)業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展，但是很多人在使用UVC LED產(chǎn)品時卻發(fā)現(xiàn)本來應(yīng)該看不到光線的UVC LED仍然發(fā)射出微弱的紫光，且每個器件之間的發(fā)光亮度也并不一致。
 

要解釋上述問題，就要從紫外LED的工作原理開始說起，典型的UVC LED芯片結(jié)構(gòu)如圖一所示，可分為外延層和襯底兩大部分，其中外延層又可以細(xì)分為緩沖層、n型層、有源區(qū)、p型層和電極。

圖一 UVC LED芯片的典型結(jié)構(gòu)

而UVC LED的發(fā)光波長由有源區(qū)材料的能帶帶隙決定，三族氮化物半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）及氮化銦（InN）均為直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度分別為3.43，6.04，0.65eV，通過調(diào)節(jié)其合金成分，可以實現(xiàn)200-400nm紫外波段的發(fā)光光譜，從而使得三族氮化物成為目前制備紫外LED的理想半導(dǎo)體材料。如下圖二所示：

圖二 三族氮化物半導(dǎo)體的禁帶寬度

波長為275nm的UVC LED的發(fā)光材料為AlxGa1-xN三元混晶，且Al組分高達(dá)47%，然而高Al組分的氮化物半導(dǎo)體外延技術(shù)仍不成熟，存在基底與AlGaN的晶格失配問題、Al組分外延過程中的低遷移率問題和量子阱中Al組分壘區(qū)空穴與電子復(fù)合效率低的問題；同時，空穴注入層中的p型Mg摻雜電離能太高導(dǎo)致了有效空穴密度不足。以上幾個問題不僅導(dǎo)致了芯片量子效率的下降，同時將引起芯片電致發(fā)光光譜中出現(xiàn)可見光波段的寄生譜峰，即點亮UVC LED器件后能看到微弱的紫光的問題。
 

以某知名芯片廠商的產(chǎn)品為例，如下圖三所示，芯片主波長為275nm，但是在主峰兩側(cè)仍存在高度較低的寄生譜峰。

圖三 UVC LED芯片絕對光譜圖

計算后可得，芯片的光功率為2.835mW，但是在波長λ＞380nm的可見光區(qū)域仍存在0.124mW的光功率，占總光功率的4.37%，因此使用該芯片制作的UVC LED產(chǎn)品在使用時能看到微弱的紫光。同時，由于芯片在制造過程中Al組分摻雜時的缺陷程度不同，導(dǎo)致寄生譜峰的光功率也并不一致，因此不同燈珠之間的可見紫光亮度也存在差異。
 

以上就是UVC LED可見光來源的解釋，可見燈珠發(fā)射的可見光與器件質(zhì)量無關(guān)，而是目前芯片制造工藝的限制。同時，UVC LED中95%以上光功率仍通過275nm附近波段發(fā)射，器件的殺菌消毒效果并未受到影響。