紫外光通信用日盲型LED 研究进展

郭春辉，孙雪娇，郭 凯，张晓娜，王 兵，，魏同波，王 申，苏晋荣，闫建昌，，刘乃鑫，*

（1. 山西大学 物理电子工程学院，山西 太原 030000；2. 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心，北京 100083；3. 山西中科潞安紫外光电科技有限公司，山西 长治 046000）

1 引 言

紫外光无线通信（Ultraviolet optical wireless communication，UVOWC）通常是指用波长为200 ~280 nm 范围的“日盲区”UVC（Ultraviolet-C）波段，利用大气当中的分子、气溶胶等微粒的散射作用进行无线通信的技术。它利用UVC 波段在大气中背景噪声低的性质，具有防窃听、抗干扰、非视距（Non-line-of-sight，NLOS）等优点，特别适合应用于卫星、战术等通信场景[1]。自由空间紫外光通信的相关研究集中在发送光源和接收探测器的制备、光信号的调制编码、对信道环境的建模分析、分集接收技术及多跳通信网络等性能提升方法领域[2]，但由于日盲区紫外光的信道环境复杂、光源性能较差及光子吸收和散射严重等原因，如何实现长距离紫外通信成为目前亟需解决的难题之一。

紫外光源是紫外光通信技术发展的关键。传统的紫外光源包括氙闪光管、低压汞灯、紫外激光器等，这些光源大多笨重、效率低、带宽窄，不适合作为通信光源[3-5]。而半导体UVC 发光二极管（Light emitting diode，LED）体积小、成本低、带宽高，它极大地推动了紫外通信技术的发展。自2000 年以来，美国、中国、日本、欧洲等国家和地区在紫外通讯方面投入了大量科研人力物力[2,6-8]。

典型的倒装UVC LED 异质外延结构是使用金属有机化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上依次生长AlN 缓冲层、AlGaN 超晶格层、N 型AlGaN 层、有源区、电子阻挡层、P-AlGaN 层和P-GaN 层。有源区包括几个周期极薄的低Al 组分AlGaN 量子阱，其通过高Al 组分的AlGaN 量子垒分离，通过调整Al 组分可使发射波长在200~365 nm 连续调节。

传统倒装UVC LED 的工艺复杂，通常有：清洗，台面（Mesa）的光刻与刻蚀，N 与P 接触电极区域的光刻与刻蚀，N 和P 欧姆接触金属的蒸镀、剥离和退火，覆盖（Cover）金属的蒸镀与剥离，钝化层沉积、光刻与刻蚀，PAD 电极的光刻、刻蚀、蒸镀与剥离等。还需要进行测试，如传输线模型测试、芯片片上测试（Chip on wafer，COW）、目检等。

本文简要介绍了紫外光通信光源发展及LED制备的基本工艺；回顾了传统的大尺寸LED 光源在紫外光通信系统中的使用及其在使用过程中出现的难题；重点介绍了UVC Micro-LED 的关键技术研究，包括相对传统LED 的性能提升、Micro-LED 特性的物理机制及其在紫外光通信中的应用；最后对紫外Micro-LED 在片上光互联及自由空间通信方面的研究和应用进行了介绍。紫外光互联相比可见光或传统的导线互联有很大优势，不仅可用作片上通信，还可以用多功能系统形式进行自由空间光通信。图1 是典型的紫外LED 结构及其通信系统模型与测试平台。

图1 用于紫外光通信的传统LED 的典型结构（a）、典型UVC 通信配置类型（b）、测量通信性能的实验装置（c）、通信系统的组成模型（d）。Fig. 1 （a）Typical structure of a conventional LED for UV communication. （b）Typical configurations for UVC communication.（c）Experimental setup for measuring communication performance and the UVC LED. （d）Communication system model.

2 紫外光通信用传统LED

紫外光源的输出光功率和带宽是限制通信系统性能的重要参数。光源的输出光功率（Light output power，LOP）基本决定了通信距离并且与外量子效率（External quantum efficiency, EQE）直接相关。外量子效率是指注入器件的电荷载流子转换为LED 发射的UVC 光子的百分比，可以通过内量子效率乘以光提取效率来计算[9]。常规UVC LED 的EQE 在1% ~ 3%范围内，发光强度在毫瓦级。在光通信中，光源的带宽决定了光通信的信道容量。LED 的带宽主要由RC 时间常数[10]和载流子寿命决定，与尺寸有较强关联性[11]。

较差光提取效率（Light extraction efficiency，LEE）是UVC LED 的EQE 较低的主要因素之一[12]。文献报道中可以提升LEE 的方法有很多，比如采用高反射光子晶体[13]、反射电极[14]、制备网状PGaN∕氧化铟锡电流扩展层以及用纳米多孔模板作为外延材料[15]等。传统LED 进行光通信的相关研究总结见表1。

表1 紫外光通信用传统LED 的性能Tab.1 Performance of conventional LEDs for UVOWC

2020 年，OOI 团 队 使 用 商 用278 nm UVC LED，采用概率整形DMT（Probabilistacally shaped discrete multione, DMT）调制方法分别在1 m 和5 m 的距离下验证了LOS 视距通信，速率分别为2.4 Gbps 和2.0 Gbps，是目前文献中商用紫外LED 的最高通信速率。该团队还采用分集接收技术，在1×2 SIMO 散射LOS 链路上（±9°）上传输速率均大于0.26 Gbps（0°时为1.09 Gbps）。验证了单输入多输出系统稳定性优于单输入单输出系统，同时该系统也可以减轻有雾天气引起的信道衰落现象[28]。然而，受限于LED 性能，通信能力进一步提升存在困难。

针对传统紫外LED 的LEE 小、带宽小、光功率较低和电流拥挤等不利于光通信应用的特点，根据Yu 等的仿真研究可以发现采用较小的Mesa尺寸可以改善侧壁发光[29]和电流扩展性，相比大面积LED，小尺寸LED 的效率有显著提升。因此有必要进一步研究这种提升机制，更多的科研人员开始着眼于Micro-LED 的工艺制备及性能改善的相关研究。

3 紫外光通信用Micro-LED

Micro-LED 或μLED 是指芯片发射区Mesa 尺寸在1~100 μm 的LED 器件，它的轴向层应变小、光提取较高、电流分布均匀、散热快、载流子寿命短和RC 时间常数小，在实现高亮度的同时还可以实现高带宽[30]。用这种工艺制作的可见光[31]和紫外光通信光源近年多有报道。

3.1 紫外Micro-LED 研究进展

目前，关于紫外Micro-LED 的研究主要有两个方面。首先，探究小尺寸Mesa 的Micro-LED 效率改善现象的尺寸依赖性的物理机制和理论基础，比如热阻效率、减弱载流子局域化等。其次，探索高效率Micro-LED 及阵列的物理机制，比如波长红移现象、大注入下亮度降低等。

2019 年，格拉斯哥大学顾而丹团队制作了像素面积为566 μm2的主发射波长为262 nm 的紫外通信用Micro-LED 阵列，并且研究了单个Micro-LED 像素的电-光特性，图2 是该研究中涉及到的器件结构、工艺、电光特性曲线和通信参数。该研究发现，首先，单个Micro-LED 像素的工作电压在注入1 mA 电流时为13 V，电压较高的原因是欧姆接触的电阻率较高。其次，LED 由于大注入电流下的载流子局域化和产生的热量使内量子效率降低，是导致大电流密度下出现亮度随着注入电流的增加而减小的现象的一个原因，单个Micro-LED 像素在3 400 A∕cm2的注入电流密度下实现的最大亮度为35 W∕cm2。在电光调制性能方面，研究发现LED 的带宽会随着注入电流的密度增加而增加，在71 A∕cm2条件下带宽于438 MHz 处饱和，因为所用的光电探测器（APD）的截止频率接近450 MHz，最终没有测量出LED 的极限带宽[32]。该工作LOP<1 mW 且WPE<1%，不能够满足较长距离的光通信要求[33]。尽管如此，它是首例采用紫外UVC Micro-LED 制备光通信芯片的研究，并对物理学机制如亮度的下降现象等进行了初步的探索。

图2 （a）GLA 报道的15 个发射波长为262 nm 的Micro-LEDs 的外延结构；（b）用于光通信的阵列照片；（c）OOK 调制下的800 Mbps 通信所得眼图；（d）单个微像素（Micropixel）的J-V 与LOP-J 曲线，插图为其在1 768 A∕cm2下的电致发光光谱［3］；（e）用于波分复用实验的UVB 器件结构［4］；（f）-3 dB 带宽作为注入电流密度的函数图；（g）器件点亮图［3］。Fig.2 （a）GLA reported the expitaxial structure of Micro-LED. （b）Optical communication LED array. （c）Communication experiment under the OOK modulation of 800 Mbps get eye diagram. （d）J-V and LOP-J curve of micropixel and its illustration is the EL spectral in 1 768 A∕cm2. （e）UVB device structure for the wavelength division multiplexing experiment［4］. （f）-3 dB bandwidth as a function of the injected current density. （g）Light photography of the individual Micro-LED［3］.

图3 （a）北京大学报道的像素尺寸为25，50，100，200 μm 的μLED 阵列光学显微图像；（b）四种芯片在大电流密度下的EL成像图；（c）单独成像的LOP和亮度的尺寸依赖性及四种芯片的LOP和WPE的电流密度依赖性；（d）电流为210，230，250 mA时的频率相关调制带宽；（e）在不同信号调制深度下误比特率（Bit error tate，BER）与数据速率的关系［33］。Fig. 3 （a）Optical microscopic images of μLED arrays with pixel sizes of 25，50，100，200 μm reported by PKU. （b）The micro-EL mapping images at high current densities for four chips. （c）LOP and corresponding LOP density of the standalone-mesa device with various mesa sizes and the current density dependence of LOP and WPE for the four chips. （d）Frequency-dependent modulation bandwidth at currents of 210，230，250 mA. （e）BER versus data rate at different signal modulation depth［33］.

图4 （a）单片集成器件的详细制备工艺；（b）S1-LED 在20 mA 下的归一化EL 光谱和片上S1-PD 的拟合吸收光谱；（c）S1-LED 上加载的发送信号和S1-PD 捕获的接收信号；（d）用S1-PD 实验数据拟合的上升和衰减时间曲线；（e）片上光通信实验测得的眼图，所用频率为1 MHz［54］。Fig.4 （a）Fabrication processes of the monolithically integrated devices. （b）Normalized EL spectrum of S1-LED operated at 20 mA and fitted absorption spectrum of the on-chip S1-PD.（c）Transmitted signal loaded on S1-LED and received signal captured by S1-PD. （d）Rise and decay time constant curves fitted with the experimental data obtained form S1-PD. （e）Eye diagrams for on-chip light communication measured at 1 MHz［54］.

2020 年，该团队分析了减小Mesa 尺寸对UVC Micro-LED 的发射波长、达到EQE 最大值时的电流密度和-3 dB 带宽等参数的影响，并分析了产生这些现象的物理机制。研究发现，随着像素的尺寸从150 μm 减小到20 μm，-3 dB 带宽从0.25 GHz 逐渐增加到0.55 GHz，展示出强烈的尺寸依赖性；由于刻蚀侧壁引入的晶格缺陷和大注入电流共同作用，肖克利-里德-霍尔复合与俄歇复合增加，导致EQE 发生droop 效应时所对应的注入电流密度增加。对于激发波长，由于产热和能带填充效应的叠加作用，所有LED 的发射波长会随着注入电流增加而发生红移，随着LED 尺寸从80 μm 缩小到20 μm，这种红移量逐渐增加。随着单个LED 尺寸从20 μm 增加到200 μm，LOP的峰值从0.1 mW 增加到1.6 mW，反映出在大注入条件下，紫外LED 的峰值光功率和尺寸之间存在正向关联[34]。

随后，南卡罗莱纳大学Floyd 团队报道了Al-GaN 基Micro-LED 阵列的光-热特性与Mesa 尺寸之间的关系。报道中采用了原子层沉积技术生长Al2O 作为P、N 电极钝化层，并使用双层互联技术，将单个Micro-LED 像素互联成发光阵列。随着Micro-LED 尺寸的减小，同样注入电流密度下，芯片的产热减少，亮度更大，因此在更大的电流密度下实现了更大的峰值亮度。比如在10.2 kA∕cm2下，Mesa 半 径5 μm 像 素 的 亮 度 高 达291 W∕cm2，是90 μm 器件的30 倍。文献中还提到，随着Micro-LED 阵列的像素尺寸减小，每个像素的热阻显著减小，散热性能增强；但对于单个器件尺寸为5 μm 的阵列来说，进一步通过减小像素尺寸已经对热阻的量级不产生显著影响。总之，对于同样发射面积的Micro-LED 阵列，像素尺寸越小，阵列的工作电压越小，整体并联微分电阻越小，在同样注入电流密度下相应地光提取效率越好，电光转化效率（Wall-plug efficiency，WPE）越大。因此，理 想 像 素Mesa 尺 寸 在5 ~ 10 μm 范 围 内[35]。但该工作没有继续研究不同的几何结构是否会对器件的物理性能产生影响[36]。

日本东北大学Kojima 探寻了由蓝宝石衬底的邻位角不同引起的AlGaN 量子阱Mirco-LED 的内量子效率（Internal quantum efficiency，IQE）和带宽不同的机制。研究表明，LED 的带宽主要是RC时间常数决定，不是载流子复合寿命决定的；具有0.3°邻位角的衬底的Micro-LED 比1°邻位角对照物的IQE 更大，电容更小。这是因为小邻位角的蓝宝石衬底上生长的量子阱有许多低电阻率的富Ga 微路径，注入电流优先通过这些微路径，更有可能发生辐射复合。这时的LED 可以看成是由1 μm 尺寸的自组装Micro-LED 并联形成。微路径的存在降低了并联电容和电阻效应并提升了带宽[11]。

2021 年，Floyd 研 究 了 分 别 使 用Al2O3∕Al 覆 盖垂直侧壁和倾斜侧壁的两种工艺对Micro-LED 的光提取效率的影响。一方面，比较均覆盖着散热层的器件，研究发现倾斜侧壁的Micro-LED 比垂直侧壁的Micro-LED 具有更高的LEE。倾斜侧壁器 件 的LEE 随Mesa 尺寸从90 μm 减小到5 μm 逐渐增强，这归因于材料的横向吸收长度较短（<20 μm），更多的横磁（Transverse magnetic, TM）极化光子发射能在被半导体横向材料吸收之前已被提取。另一方面，控制侧壁倾角不变，盖有Al2O3∕Al层的器件相比裸露侧壁的器件，侧壁的反射率更低，不利于光提取但有益于散热，即部分牺牲了EQE 但提升了WPE[37]。该研究对Micro-LED 阵列的性能增强机理仍需探索，也需要对每个像素及阵列中的光学传播进行系统研究[38]。

中国科学技术大学孙海定团队使用主发射波长为280 nm 的Micro-LED 研究了不同侧壁角度对光提取的影响。研究表明，小的侧壁角（33°）将导致更多从有源区发射的光被侧壁向蓝宝石衬底侧反射。横向传播的TM 光子朝衬底的引导被增强，是倾斜侧壁引起LEE 改善的机制。时域有限差分仿真得到最适宜的侧壁角在25°~ 35°范围[36]。随后，该团队报道了275 nm AlGaN 基单颗Micro-LED 的光电特性的尺寸依赖性。随着单个像素尺寸的减小，漏电流增加、EQE 小幅增加，微分串联电阻近似正比于Mesa 的直径D的-2 次方，D越小，单个像素的串联电阻越大。同时观察到，随着单个像素尺寸减小，相同偏置电流下，EL 发射波长的红移量增加。这与尺寸减小时的热功率密度增加有关，当使用脉冲电流激励，红移现象消失。在大电流密度下，较小的Micro-LED 中可以观察到半峰宽（FWHM）因热辐射效应而产生明显拓宽现象[38]。

2022 年，北京大学王新强团队使用25 μm Mesa 尺寸的Micro-LED 实现了400 W∕cm2的亮度，并组成16×16 的阵列，研究了相同发光面积、不同像素尺寸μLED 阵列的电光特性随Mesa 尺寸减小的变化。首先，亮度随Mesa 尺寸增加而减小，呈现出与Mesa 面积成反比的趋势。因为小尺寸Mesa 应变弛豫，引起每个像素的多量子阱的量子限制Stark 效应减弱[39]。因此在相同注入电流密度下，单颗Mesa 尺寸越小，发射波长蓝移量越大。 当像素尺寸大于25 μm 时，电流拥挤和自热效应[40]较为明显，因此最适宜的Mesa 尺寸小于25 μm[33]。

同年，中国科学院半导体研究所魏同波团队探究了主发射波长为275 nm 的AlGaN 基Micro-LED 阵列的带宽随器件Mesa 尺寸的变化。研究发现，在同样电流注入水平，和相同发光面积的传统LED 器件相比，Micro-LED 阵列的主发射波长会发生蓝移，半波宽也会变窄，这是应变的弛豫和散热的改善引起的变化[41]。

同年，中国香港科技大学郭海成团队利用电感耦合等离子刻蚀（Inductively coupled plasma，ICP）和混合化学处理两种工艺制作了发射波长在269 nm 的Micro-LED。研究表明，在ICP 刻蚀后使用四甲基氢氧化铵（Tetramethylammonium hydroxide，TMAH）溶液适当处理将修复侧壁损伤，可以提升辐射复合效率，有利于提升器件IQE。采用ICP 和TMAH 循环的方法对器件侧壁出光面做纳米尺度粗化处理，有利于大幅提升侧壁出光[42]。

同年，复旦大学田朋飞团队研究了Micro-LED 的EQE 改善机制。总所周知，LED 中效率下降的原因是不均匀的电流密度所加剧的载流子局域化、泄露、俄歇复合、过热的共同作用。在>200 μm 的大尺寸LED 中，大注入下随电流密度增加而原本就不均匀的俄歇复合加剧，这是器件效率下降的主要原因。实验表明，相比于大面积LED，更小尺寸的Micro-LED 有着更加均匀的电流扩展和更加优良的光提取性能，对出光效率的提升有关键作用[43]。目前报道的深紫外Micro-LED 及其阵列的电光性能总结于表2 中。

表2 已报道的深紫外Micro-LED 或阵列的电-光性能Tab.2 The reported photo-electric performance of deep UV Micro-LEDs or arrays

与相同面积的LED 芯片相比，随着像素尺寸的 减 小，Micro-LED 阵 列 的WPE 和LEE 明 显 增 加，由于大注入下的局部高电流密度和侧壁损伤引起的非辐射复合减少，EQE 的提升不明显。根据热阻[35]、电流拥挤[43]、横向光吸收[37]和侧壁出光[45]的等约束条件，最适合的Mesa 尺寸<20 μm。可以通过倾斜侧壁[36]、淀积散热层[35]、化学处理[42]和表面离子注入[46]来提升器件效率。在物理机制方面，在大电流注入下，增大电流密度而产生的热而引起单个Micro-LED 的发射波长红移现象，可以通过脉冲激励消除。尽管Micro-LED 也存在局部过度俄歇复合[42]但相同电流密度时，相比传统LED电流扩展性能，Micro-LED 更有优势。目前Micro-LED 的制备工艺仍不完善，对光刻精度、欧姆电极金属体系、退火、侧壁钝化甚至外延片的质量要求很高，研究人员仍需面临重大挑战。

3.2 紫外Micro-LED 的通信性能

目前用于通信的Micro-LED 的最高记录是4.667 Gbps 的 通 讯 速 率[47]和17 m 的 有 效 通 讯距离[48]。

2022 年，北京大学王新强团队制备的25 μm像素Micro-LED 阵列是目前用于紫外光通信的最小尺寸阵列，测得的最高通信速率为0.97 Gbps，由于驱动方式的限制，仍然保留了速率提升的巨大潜力[33]。同年，格拉斯哥大学顾而丹等对280 nm 波长的Micro-LED 光通信芯片的偏置条件和数据编码方案进行了系统性的优化，使用UV-C Micro-LED 达到最远17 m 的距离，同时保持大于4 Gb∕s 的无差错数据速率。这是目前基于Gb∕s UV-C LED 的OWC 的 最 远 通 信 距 离[48]。

目前来看，在自由空间光通信方面，相对于可见光通信芯片[31]，采用倒装工艺制备紫外通信芯片[3]的研究报道较少，因此寻找合适的材料改良工艺是解决这种困境的办法。但在片上通信方面，紫外光在激发沿横向波导耦合TM 光子方面具有天然的优势，制备工艺与传统工艺兼容，有巨大的应用潜力。相关报道被总结在表3 中。

表3 紫外光通信用Micro-LED 通信性能参数Tab.3 Communication performance of the Micro-LEDs for UVOWC

4 紫外光通信的片上集成

光集成（Photonics integrated chips，PIC）具有减小系统尺寸、降低功率和成本的优势[49]。多量子阱二极管具有发光-检测现象，十分适合作为光互联器件用在可见光和紫外光波段的集成光电系统中，以减少电互联引起的功耗和延迟。目前使用可见光[50]与紫外光集成器件进行通信的实验已有报道。

2023 年，魏同波团队使用具有非对称多量子阱结构的InGaN 材料制造了有450 nm 波长可见光LED、波导和光探测器（Photodetectors，PD）的单片集成芯片。使用这种非对称外延结构后，LED的EL 与PD 的响应之间的光谱重叠增加了4.5倍，PD 的光暗电流比增加7 个数量级，增强了LED 与PD 间 的 光 连 接[51]。

由于环境光引入的背景噪声和串扰难以避免，片上可见光通信将受到限制。并且，可见光LED 发射以主要沿垂直方向传播的横电（Transverse electric，TE）极化光子为主[52-53]，这对需要沿波导的横向光耦合与传播是不利的[54]。相比之下，对于发射波长<280 nm 的UVC LED，光主要以横向传播的TM 极化[55]。因此，用UVC LED 做集成芯片有实现更高效通信的潜力[54]。

2018 年，名古屋大学Amano 报道了一种286 nm 多元件集成系统，其中两个相同的多量子阱LED 与波导一起集成在单个芯片上。该系统兼容现有的LED 制备工艺，并且通过利用多量子阱结构LED 的收发同时（Simultaneous emission-detection phenomenon）结构，在两个二极管之间建立光学链路。收发同时，即一个多量子阱二极管将电信息转录为要耦合到波导中的光信号，然后，被引导的光沿着波导传播到另一个多量子阱二极管，该二极管将光信号转换成电信号，可以作为PD 使用，实现了50 Mbps 的光传输[56]。

2020 年，中国香港科技大学刘纪美团队基于Si 上生长的P-GaN ∕AlGaN∕GaN 异质结构，将高性能日盲区紫外检测器[57]与360 nm 波长的Micro-LED 进行片上集成。在集成LED 工作下PD 具有1.5×106的高光暗电流比和0.41∕0.36 s 的上升∕下降时间，这项研究验证了单片集成LED 和PD 在Si基芯片上可实现片内通信的能力[58]。

同年，Floyd 报道了一种UVC PIC，它由发光波长为280 nm 、台面尺寸为100 μm × 100 μm 的AlGaN 基Micro-LED、响应波长为250 nm 的PD、作为波导的1.5∕3.5 μm 厚的N-AlGaN∕AlN∕蓝宝石介质层三部分组成。虽然LED 发射和PD 的响应波长不同，但波谱具有足够的重叠，可以支持百兆速率传输。结果显示，LED 工作时，PD 接收到的光全部来自介质波导层，其中N-AlGaN 层、AlN和蓝宝石中分别占80%、7%和13%。波导中传播衰减系数约为23 cm-1，这证明了波导可以有效限制并传导紫外光信号。研究还发现，通过在晶片背面涂覆紫外线吸收材料可以有效减少信号间的串扰[59]。

2022 年，魏同波团队在一片AlGaN 多量子阱晶元上成功制备了集成有274 nm 波长LED、光波导与光探测器三种器件的通讯芯片。文中解释了相同多量子阱结构的LED 与自驱动PD的收发同时。相比较以往报道的氮化物紫外PD，该文章中报道的自驱动PD 在片上通信实验中上升∕下降时间响应为127∕131 ns，相邻的光学串扰降低了70%，是目前报道UVC APD 的最高性能[54]。

相比较选择性区域外延[58]，直接采用氮化物外延薄膜来制作单片集成系统更具潜力，是目前的重点研究方向之一[60]。表4 汇总了近期文献报道的光集成芯片的性能。从表4 中可以看出，相比较自由空间紫外光通信，片上环境对传输距离的要求较低，但目前相关研究不多，物理机制还需进一步探索。

表4 光集成芯片通信性能Tab.4 Communication performance of the PIC

5 结论与展望

商用UVC LED 的研究方向主要集中在WPE提升和LEE 优化方面，目前可量产的芯片的LEE从6% ~12%向25%提升，WPE 由3% ~ 6%提升至10%。商用器件的主要发射波长集中在260~280 nm 波段，寿命基本在5 000 h 以上。商用产品性能提升所面临的挑战来自于外延、芯片及封装领域，包括提升材料质量、优化封装材料、改善欧姆接触等。

目前，部分实验室制备器件的WPE 可达6%~10%，预计2026 年可突破15%。总体来看，UVCLED 芯片WPE 提升可以在材料选择、外延芯片工艺、独特的封装技术上进行探索。

将紫外LED 和APD 集成有望实现多功能系统，如实时检测光强的通信、照明芯片等，但目前该领域研究较少。大力发展Micro-LED 是改善目前芯片光提取效率差、亮度低的最有效方案之一。目前对于Micro-LED 的研究集中在物理机制领域，验证了它在提升紫外LED 性能方面的潜力[62]。后续应改善其制备工艺，兼顾成本和可靠性，最终实现在商用领域的高水平应用。

虽然目前受限于工艺发展水平，紫外光通信LED 芯片性能和可见光LED 尚有差距，但随着研究的深入，高性能、高可靠性的UVC Micro-LED 的广泛应用指日可待！

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