半导体照明是21世纪初兴起的产业,也是我国第三代半导体材料成功产业化的第一个突破口,技术发展日新月异,是国际高科技领域竞争的焦点之一。目前,我国半导体照明产业已经形成了完整的产业链,功率白光LED、硅基LED和全光谱LED等核心技术同步国际,紫外LED、可见光通讯、农业光照和光医疗等创新应用走在世界前列。介绍了我国在半导体照明方面的研究进展,回顾了相关产业的发展情况,并对未来进行了展望。

在COVID-19流行期, 为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况, 对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射, 脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨; 重点介绍了222nm远紫外消毒技术, 对其应用和未来发展做出了展望; 讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望, 预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主, LED为辅, 两者相互补充的格局。

AlGaN基材料是带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料，是制备紫外(UV)光电子器件的理想材料。经过数十年的研究，目前已经在异质衬底外延生长AlGaN基材料、高效掺杂等方面取得了巨大进展。以此为基础，AlGaN基紫外光电器件制备领域也得到长足发展。在本综述中，主要介绍了高质量AlGaN基材料的MOCVD外延生长方法、掺杂方法以及近年来在紫外发光、紫外探测器件方面取得的进展。

抗生素的大量使用对生态环境造成巨大的影响, 光催化技术具有操作简单且无二次污染等特点被广泛应用于污染物的降解。 在光催化降解抗生素过程中, 光源对其降解效率至关重要, 与传统的汞灯催化光源相比, 紫外LED技术具有更高的能源效率及更低的功耗, 使光催化工艺发生了巨大的变化。 首先建立基于紫外LED阵列的光催化平台, 采用光栅光谱仪和紫外照度计对LED阵列光源光谱特性及装置内光场分布进行测量分析。 结果显示紫外LED光源波长介于265～295 nm之间, 其主波长为275 nm, 由于光场叠加效果, 光照强度随着装置径向位置距离的增大而明显增大, 装置轴向位置光照强度分布较为均匀; 其次通过三维超景深显微镜、 UV-Vis光谱测量技术对P25型光催化剂的粒子结构进行表征分析, 同时使用半导体求导公式对TiO2粉末进行禁带分析, 结果显示TiO2为球形, 由于空气中相对湿度过大, 水在TiO2微粒表面的润湿性加强了微粒间的粘附力, 因此有团聚现象产生, 其禁带宽度为31 eV; 最后以紫外LED阵列和高压汞灯为催化光源, P25型TiO2为催化剂分别对甲基橙、 磺胺类抗生素进行光催化降解, 使用紫外-可见光分光光度计测量降解过程中的吸收光谱曲线, 进而对抗生素降解率进行分析。 结果表明, 甲基橙和磺胺二甲嘧啶在紫外LED阵列为光源条件下均能够被降解, 分别经过160和240 min的催化降解过程后, 降解率分别达到70%和36%, 符合一级动力学方程, 经计算LED阵列光源与汞灯对甲基橙的降解动力学常数分别为-0007 5和-0113 5 min-1, 对磺胺二甲嘧啶的降解动力学常数分别为-0001 9和-0019 4 min-1。 因此对甲基橙和磺胺二甲嘧啶进行降解时, 汞灯降解速率高于紫外LED阵列; 由于紫外LED阵列和汞灯系统在催化降解污染物过程中功率和其与反应器中轴线距离不同, 对两种光源的抗生素降解效率建立评价方法, 即对紫外LED和汞灯以单位功率为标准进行距离降解效率分析, 对于甲基橙, 汞灯在单位功率下的距离降解效率高于紫外LED, 但对于抗生素, 紫外LED阵列的距离降解效率明显高于汞灯。 依据以上各类光谱分析和应用结果, 紫外LED阵列是一种有竞争力的光催化应用替代光源, 此技术的广泛应用为抗生素的降解提供新途径。

为降低ITO薄膜对紫外波段的光吸收, 制备低电压高功率的紫外LED, 研究了一种基于金属掺杂ITO透明导电层的365 nm紫外LED的制备工艺。利用1 cm厚的石英片生长了不同厚度ITO薄膜以及在ITO上掺杂不同金属的新型薄膜, 并研究了在不同的退火条件下这种薄膜的电阻和透过率, 分析了掺杂金属ITO薄膜的带隙变化。将这种掺杂的ITO薄膜生长在365 nm外延片上并完成电极生长, 制备成14 mil×28 mil的正装LED芯片。利用电致发光(EL)设备对LED光电性能进行测试并对比。实验结果表明: 掺Al金属的ITO薄膜能够相对ITO薄膜的带隙提高0.15 eV。在600 ℃退火后, 方块电阻降低6.2 Ω/□, 透过率在356 nm处达到90.8%。在120 mA注入电流下, 365 nm LED的电压降低0.3 V, 功率提高14.7%。ITO薄膜掺金属能够影响薄膜带隙, 改变紫光LED光电性能。

研究制备了一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜。通过研究掺杂不同的金属及不同的金属厚度,对比在500 ℃和600 ℃退火条件下的透过率和方块电阻变化,并利用这种掺杂的ITO薄膜制备成14 mil×28 mil正装395 nm UV LED芯片。利用电致发光(EL)设备对LED光电性能进行测试以及对比。实验结果表明：掺3 nm金属Al和Ti的ITO薄膜在600 ℃退火后方块电阻最大降低6.2 Ω/□,透过率在395 nm处最大达91.2%。在120 mA注入电流下,395 nmLED电压降低0.5 V,功率提升19.7%。ITO薄膜掺杂金属能够影响薄膜性能,提升紫光LED光电性能。

针对当前紫外光通信中气体灯与激光光源调制速率慢、体积较大, 光电倍增管工作电压过高等问题, 提出了一种基于现场可编程门阵列技术的日盲紫外LED实时视频传输系统, 其发射光源采用波长为265 nm的单紫外LED, 探测器采用紫外PIN; 通过电路和逻辑模块设计搭建了视频传输系统, 研究了系统的光功率密度与通信距离之间的关系; 基于二进制开关键控调制方式, 实现日盲紫外LED实时视频传输系统最大传输速率为2.88 Mbit/s, 当通信距离为4 m时, 传输速率达到1.92 Mbit/s。

为了弱化或消除LED失效对均匀性的影响, 提出了一种基于复眼透镜的匀化光斑整体累加方案.该方案先对单颗LED进行匀化设计, 再通过LED位置误差研究推广至LED阵列, 实现每颗LED在曝光面上均能产生相同大小的匀化光斑.然后利用软件进行仿真, 设计了一款曝光光源, 并搭建了相应实验平台.该光源最大辐照度值为18.2 mW/cm2, 均匀性为86.9%, 完全满足实际曝光指标.在此基础采用遮挡光源的方式模拟不同位置的LED失效, 进行了辐照度均匀性实验.结果表明, 少量LED失效对辐照度均匀性的影响在1%以内, 甚至LED阵列接近一半失效时均匀性仅下降5%.该设计方案可长期维持辐照度均匀性, 更适用于实际生产.

针对柴油机润滑油被燃油稀释的状态监测的问题, 研究了基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测方法, 设计搭建了检测实验装置。 利用峰值发射波长为365 nm的紫外LED作为发射光源, 发射的紫外光通过400 nm低通滤光片过滤后进入石英比色皿中的油样, 并激发油样产生荧光, 产生的荧光通过400 nm高通滤光片过滤后, 利用探测波长范围为400～800 nm的光电传感器采集油样的荧光信号, 利用万用表读取油样的荧光强度。 设计开发了信号的放大和测量系统。 高、 低通滤光片的组合使用, 减少了紫外光源所发射的紫外光对油样的荧光强度测量的干扰。 利用该实验装置, 测量了润滑油中柴油含量分别为20.3 Wt.%, 10.0 Wt.%, 5.0 Wt.%, 2.5 Wt.%, 1.5 Wt.%和0.7 Wt.%以及不含柴油的空白油样的荧光强度, 经拟合得到柴油含量与荧光强度的方程。 最后, 为了检验该方法测量润滑油中柴油含量的准确性, 采用柴油含量为7.5 Wt.%油样进行验证, 利用该实验装置, 测量了验证油样的荧光强度, 代入拟合方程, 计算得到油样中的柴油含量, 结果表明通过该方法测量的油样中柴油含量与油样的实际柴油含量的相对误差为0.5%, 实现了实验室条件下润滑油被燃油稀释的精确测量。