紫外光按波长可分为315~400nm近紫外UVA、280~315 nm中紫外UVB、192~280 nm深紫外UVC和10~192nm极紫外UVE四个范围。目前除UVE，均可实现LED发光，其中UVC-LED由于能在消毒杀菌、水&空气净化、紫外固化、生化检测、非视距通信等领域应用而备受行业关注。UVC-LED是宽禁带氮化铝镓（AlGaN）材料在光电领域的最新应用之一。AlGaN作为III族氮化物三元合金材料，直接带隙，其禁带宽度随着Al组分变化可在3.4-6.2eV之间连续可调，是制备200-365nm高效LED的理想材料。汞灯作为目前最传统的紫外光源，主要波长为365nm。汞具有强剧毒性和挥发性，严重破坏环境，故UVC-LED成为替代紫外汞灯的最佳选择。UVC-LED可以通过控制Al组分调节波长，无毒、体积小、开关快、工作电压低、寿命长的显著优势拓宽了UVC-LED的应用领域。但是基于AlGaN的UVC-LED的EQE普遍小于20%，其中用于消毒杀菌的265-280nm-LED的EQE更低于5%，这严重制约了其应用推广。随着Al组分增加，AlGaN掺杂效率降低，导致工作电压高和空穴注入效率下降等问题。n-AlGaN掺杂方面，大量掺杂Si会造成严重的缺陷自补偿和杂质散射，从而又反作用降低n-AlGaN的电子浓度，影响AlGaN的n型掺杂效率，目前铟硅（In-Si）共掺杂、超晶格掺杂、极化诱导掺杂、δ掺杂等非均匀掺杂技术被提出。AlGaN的p型掺杂困难更大，源于更大的Mg激活能（160-510meV），为了降低Mg的激活能，镁硅（Mg-Si）共掺杂、超晶格p型掺杂、多维的超晶格p型掺杂、非平衡p型掺杂方法被开发，还可以通过极化诱导提高AlGaN的p型掺杂效率。由于载流子会受到LED中势垒的阻挡，因此目前对于阻止电子泄漏主要是采用p-AlGaN电子阻挡层（EBL），但是p-AlGaN EBL阻挡电子泄漏的同时也会阻碍空穴注入到有源区。为了解决这个问题，p-AlGaN EBL不断改进，现如今p-AlGaN EBL大致可分为四大类型：传统单层型、复合型、线性或阶梯渐变型和超晶格型EBL。与InGaN基LED不同，AlGaN基UVC-LED不存在类似In团簇的金属团簇，因此其有源区的载流子辐射复合受到位错的影响非常严重。AlGaN基UVC-LED中的AlGaN薄膜位错密度会随着Al组分的增加而提高。因此AlGaN的外延质量对提高AlGaN基UVC-LED的载流子辐射复合效率起着至关重要，科研人员通过使用同质衬底、异质衬底和氮化铝模板类外延技术来降低位错。载流子辐射复合效率还受极化效应的影响。AlGaN基UVC-LED中存在自发极化和失配极化，极化电场导致MQW发生QCSE，MQW能带弯曲使得电子和空穴波函数的分离，降低电子和空穴的辐射复合效率。为了克服极化效应带来的问题，提出了在无EBL结构，使用渐变阶梯量子势垒代替传统的量子势垒。MQW中载流子分布的不均匀是导致载流子辐射复合效率下降的另一个原因。在电流注入下，AlGaN基UVC-LED受到蓝宝石衬底性质和电极设计等因素影响，会产生电流拥堵效应，从而导致载流子非辐射复合的几率增加和载流子辐射复合的效率降低，并导致AlGaN基UVC-LED结温的增加，降低了器件的寿命。因此实现均匀的电流分布，成为提升AlGaN基UVC-LED载流子辐射复合效率和减少芯片发热亟待解决的问题。在AlGaN基UVC-LED中，有源区域中产生的光只有逃逸到自由空间才能被用于实际应用中。在不对AlGaN基UVC-LED进行相关提高光提取措施的情况下，LEE不足10%。目前提高AlGaN基UVC-LED的LEE有效途径是衬底表面粗化。在AlGaN基UVC-LED中，随着Al组分的增加，主导光的发射方式由TE向TM模式转化，其中TM模式的偏振光是在平行于衬底的方向传播的。与TE模式相比，TM模式的偏振光更难被提取，即TE模式比TM模式有更高的提取效率。其中衬底表面的粗化或图形化对TE和TM模式的LEE都有所改善。

据美国联合市场研究机构数据显示，2020年全球深紫外LED市场规模为2亿美元，受全球杀菌消毒市场的强力带动，预计2030年将达到190亿美元，年复合增长率为60%，成为全球LED产业新的“增长点”。国际上欧司朗、日亚等传统LED巨头加速布局UVC-LED产业，为其业务转型升级开辟新赛道。我国产学研合作快速推进，中科院、华中科大已分别在山西、湖北建立UVC-LED产业基地，三安光电、国星光电等20余家企业快速跟进。据不完全估计，UVC-LED及衍生产品将在医院、学校、白色家电、高铁等领域稳定形成600亿元以上的市场规模，加上物流运输方面的大规模应用后将形成千亿规模市场。经过几十年的发展，基于AlGaN基UVC-LED已初步实现工业化。然而，AlGaN基UVC-LED与已全面商业化的氮化物蓝光LED相比，其EQE仍旧处于较低水平。但是在载流子注入、载流子辐射复合和器件光提取方面已取得一系列的突破。期待在不久的将来，AlGaN基UVC-LED在EQE上将有重大突破，实现氮化物光电的“又一春”！（转自化合物半导体杂志）