TWI611760B - 使用紫外線發光二極體燈的捕蟲燈 - Google Patents

使用紫外線發光二極體燈的捕蟲燈 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種使用紫外線發光二極體（UV LED）燈的捕蟲器，並且更特別地，涉及一種捕蟲器，其採用紫外線發光二極體燈來代替傳統的紫外光源燈，這顯著地增加了捕蟲效率。根據本發明的捕蟲器包括：設置在管道的空氣進口部分的紫外線發光二極體燈，並且包括印刷電路板（PCB），其上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置在安裝部分附近的捕蟲部分。

Description

使用紫外線發光二極體燈的捕蟲燈
本發明涉及一種使用紫外線發光二極體(UV LED)燈的捕蟲器，並且更特別地，涉及一種捕蟲器，其使用紫外線發光二極體燈代替了傳統的紫外光源燈，這顯著地提高了捕蟲效率。
紫外光源已經被用於醫學目的，例如消毒、殺菌等，基於輻照的紫外光的變化的分析目的，工業目的如紫外光固化，美容目的如UV日曬，和其他目的例如捕蟲、假幣識別等。
被用作這些紫外光源的傳統的紫外光源燈包括汞燈、準分子燈、氘燈等。然而，這樣的傳統燈均具有這樣的問題，其能耗和發熱量高，壽命短，並且填充於其中的有毒氣體引起環境污染。
作為可以克服紫外光源燈的上述問題的替代物，紫外線發光二極體引起了關注。紫外線發光二極體的優點在於它們的能耗低且不會引起環境污染。然而，發射紫外波長範圍的光的LED封裝的生產成本要顯著高於發射可見光波長範圍的光的LED封裝，並且採用紫外線發光二極體的不同產品沒有被發展起來，因為紫外光的特性非常不同於可見光範圍的光的特性。
另外，甚至當紫外線發光二極體被用於傳統的紫外光源燈產品以替代紫外光源燈時，傳統的紫外光源燈產品在很多情況下不能發揮其效果，因為紫外線發光二極體的光發射特性不同於那些傳統的紫外光源燈。
例如，在捕蟲器中，紫外光的特性對於吸引蟲子具有很大的影響。由於這個原因，如果僅將用於傳統捕蟲器的紫外燈用紫外線發光二極體代替，存在捕蟲效果不會增強反而會降低的問題。
不同的實施例用於描述一種捕蟲器，其使用紫外線發光二極體燈來代替傳統的紫外燈，這提高了捕蟲效率。
在一個實施例中，捕蟲器可以包括：管道，其內部包括抽吸風扇；紫外線發光二極體，其放置在管道的空氣進口部分，並且包括印刷電路板(PCB)，其上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置於所述安裝部分附近的捕蟲部分。
所述紫外線發光二極體燈被設置在管道的空氣進口部分，這樣從紫外線發光二極體晶片發射的紫外光朝向管道的內側發射。
紫外線發光二極體燈的多個紫外線發光二極體晶片被彼此間隔的設置。
管道被形成為穿過第一罩，第二罩以垂直於管道縱向的 方向設置，並且第一罩和第二罩是彼此間隔的。
相較於第一罩，紫外線發光二極體燈設置為更靠近第二罩。
在另一個實施例中，捕蟲器可以包括：紫外線發光二極體燈包括印刷電路板(PCB)，其上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置在所述安裝部分附近的捕蟲部分。
透明罩，其採用能夠使紫外光容易地穿過的材料製成，可以被設置在紫外線發光二極體燈的紫外線發光二極體晶片側，其中所述透明罩的表面可以是粗糙的。
所述粗糙的表面可以由噴砂過程製備。
紫外線發光二極體燈的輻射通量可以為750mW到1500mW。
從紫外線發光二極體燈的晶片發射的紫外光可以為從捕蟲器向上或向旁邊。
發射基本相同的峰值波長的紫外光的多個紫外線發光二極體晶片可以安裝在PCB上。
從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光可以具有335-395nm的峰值波長。
從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光可以具有360-370nm的峰值波長。
從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光可以具有 120°以下的擴散角。
所述紫外線發光二極體燈可以具有98以上的φe/φv值，其中φe表示輻射通量，單位為mW，φv單位為lm。
從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光具有14.5nm以下的光譜半峰寬。光譜半峰寬也被稱為譜線半峰寬。
所述紫外線發光二極體晶片包括：n型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；p型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；主動區具有多量子阱結構，其位於n型接觸層和p型接觸層之間；和至少一個位於n型接觸層和主動區之間的電子控制層。而且，具有多量子阱結構的所述主動區可以包括障壁層和阱層。
障壁層可以由AlGaN或AlInGaN製成。阱層可以具有1%以下的Al含量和12-1%的In含量。於是所述紫外線發光二極體晶片可以具有370-395nm的峰值波長。
阱層可以具有5%以下的Al含量和5%以下的In含量。期望地，阱層可以具有1%以下的Al含量和1%以下的In含量。於是所述紫外線發光二極體晶片可以具有360-370nm的峰值波長。
阱層可以具有1-7%的Al含量和5%以下的In含量。期望地，阱層可以具有1-7%的Al含量和1%以下的In含量。於是所述紫外線發光二極體晶片可以具有335-360nm的峰值波長。
5、50‧‧‧紫外線發光二極體燈
10‧‧‧管道
11‧‧‧空氣進口
13‧‧‧抽吸風扇
15‧‧‧空氣出口
16‧‧‧連接部件
17‧‧‧第一罩
18‧‧‧第二罩
19‧‧‧支撐單元
21‧‧‧基底
23‧‧‧成核層
25‧‧‧緩衝層
27‧‧‧n型接觸層
27a‧‧‧GaN層
27b‧‧‧中間層
27c‧‧‧AlGaN層
28、34‧‧‧電子控制層
41‧‧‧電子阻擋層
29‧‧‧摻雜的AlGaN層
30‧‧‧靜電放電阻擋層
31‧‧‧低濃度AlGaN層
33‧‧‧高濃度AlGaN層
35‧‧‧超晶格層
37‧‧‧電子注入層
39‧‧‧主動區
39b、39b1、39bn‧‧‧障壁層
39w‧‧‧阱層
43‧‧‧p型接觸層
43a‧‧‧較低的高濃度摻雜層
43b‧‧‧低濃度摻雜層
43c‧‧‧較高的高濃度摻雜層
45‧‧‧δ-摻雜層
47‧‧‧透明電極
49a‧‧‧n-電極
49b‧‧‧p-電極
52‧‧‧印刷電路板(PCB)
54‧‧‧端子
56‧‧‧透明罩
58‧‧‧散熱銷
80‧‧‧捕蟲部分
a‧‧‧間隔
圖1是根據本發明的第一實施例的捕蟲器的側視圖。
圖2是根據本發明的第一實施例的捕蟲器的側視截面圖。
圖3是用於根據本發明的捕蟲器的紫外線發光二極體燈的一部分的放大圖。
圖4是根據本發明的第二實施例的捕蟲器的透視圖。
圖5是根據本發明的實施例的紫外線發光二極體晶片的截面圖。
圖6是根據本發明的實施例的紫外線發光二極體晶片的多量子阱結構的截面圖。
圖7是根據本發明的實施例的能帶隙的能帶示意圖。
圖8是根據本發明的實施例的具有電極的紫外線發光二極體的截面示意圖。
圖9是根據本發明的實施例的紫外線發光二極體的光輸出的曲線圖。
下面將參考附圖更詳細的描述示例性實施例。然而本公開會以不同形式體現並且不被認為限制為這裡列舉的實施例。相反地，提供這些實施例是為了使本公開更詳細和完整，並且將向本領域技術人員充分地傳達本公開的範圍。在整個說明書中，在說明書的不同附圖和實施例中，相同的附圖標記指的是相同的部分。
[第一實施例]
圖1是根據本發明的捕蟲器的側視圖，圖2是根據本發明的捕蟲器的側視截面圖，圖3是用於本發明的捕蟲器的紫外線發光二極體燈的一部分的放大圖。
本發明的捕蟲器包括形成為蓋子形狀的第二罩18，其位於所述捕蟲器的頂部，第一罩17被設置在第二罩18下面，以便與其間隔開，和多個細長的連接部件16，其設計為將第二罩18和第一罩17以間隔狀態彼此固定。
燈的支撐單元19被設置在第二罩18的底部，並且紫外線發光二極體燈5被其支撐並且電性連接到電源。如圖2所示，由燈支撐單元19支撐的紫外線發光二極體燈5位於第一罩17和第二罩18之間的間隔“a”中，以更靠近第二罩18。
在第一罩17內，垂直地形成了管道10，且在管道10內，設置了抽吸風扇13，其設計為沿著管道10的縱長方向吸入空氣。由此，當抽吸風扇13旋轉時，空氣從空氣進口11向著空氣出口15抽吸。
在第一罩17的較低部分，設置了捕蟲部分80，其能夠捕捉隨著抽吸風扇13抽吸的空氣一起吸入的蟲子。捕蟲部分80包括網，這樣由抽吸風扇13吸入的空氣能夠容易地從捕蟲部分80移動，使得不會在捕蟲部分80發生壓力上升，同時蟲子不會從捕蟲部分80逃出。
紫外線發光二極體燈5包括安裝在印刷電路板(PCB)52上的紫外線發光二極體晶片50，PCB為長平板形狀。多個(例如 大約8個)紫外線發光二極體晶片5被設置在PCB 52的一側上，沿著PCB52的縱向彼此間隔的排列。在PCB 52的另一側上設置了散熱銷58，用於將紫外線發光二極體晶片上產生的熱量散去，並且在紫外線發光二極體側，設置了透明罩56，其由可以使得紫外光容易穿透的材料製成。另外，在紫外線發光二極體燈的兩端，設置了端子54，其連接燈支撐單元19的電源端子，以向PCB 52提供電能。
設置在PCB 52上的多個紫外線發光二極體晶片50被設計為具有基本相同的峰值波長。這種情況下，波長的峰值高度變得更高，同時峰的寬度沒有增加，並且發光二極體可以在特定波長範圍發射非常強烈的紫外光。
本公開的紫外線發光二極體燈5被設置在管道的空氣進口部分，這樣從紫外線發光二極體晶片50發射的紫外光直接朝向管道10的內部。因此，從紫外線發光二極體燈發射的紫外光向著管道10的內部集中，不同於傳統的黑光(BL)燈。由於這樣的集中，從紫外線發光二極體晶片發射的紫外光的擴散角較佳地限制在120°以下。
當捕蟲器的紫外線發光二極體燈如以上所述的設計時，點光源將向著管道集中地輻照紫外光，且因此紫外光的強度會變得更強，遠離紫外線發光二極體燈的蟲子將被吸引到紫外線發光二極體下面的區域。同時，如圖2所示，空氣流在空氣進口11產生，並且當位於兩個罩之間的間隔“a”中的該空氣流離第一罩17 比離第二罩18更近時，空氣流更強。因此，當紫外線發光二極體燈設置在離第二罩18更近時，其設計為向著第一罩17輻照紫外光，蟲子將被集中地吸引到紫外線發光二極體燈下面的空間，並且被強空氣流穩固地吸入捕蟲部分。
另外，根據本公開的紫外線發光二極體燈具有照射管道10的點光源，特別是抽吸風扇13。抽吸風扇13的高速旋轉影響了透過抽吸風扇13的紫外光的形式，這樣照射進入抽吸風扇13下面的捕蟲部分80的紫外光非常動態地照射向遠離捕蟲器的蟲子，借此吸引蟲子靠近捕蟲器。而且，靠近捕蟲器的蟲子被吸引到位於紫外線發光二極體燈下面的空間內並被捕蟲器所捕捉，在那裡存在更強烈的紫外光，如以上所描述的。
以下展示了在相同條件下使用根據本公開的採用紫外線發光二極體燈的捕蟲器和採用傳統的黑光(BL)燈的捕蟲器的捕蟲實驗的結果。
兩種燈的規格如下面的表1所示。
Figure TWI611760BD00001
如以上表1中可以看到的，兩種燈具有相似的峰值波長(大約365nm)，但是UV LED燈的光譜半峰寬僅為BL燈的一半， 並且UV LED燈的紫外光強度相比可見光為133mW/lm，其至少是BL燈的63mW/lm的兩倍。
使用這些捕蟲器，在露天隔間內進行兩次實驗，一夜吸引和捕捉到的害蟲的個體數量(捕蟲指數)如以下的表2所示。
Figure TWI611760BD00002
如以上表2的實驗結果可以看出，使用了根據本公開的捕蟲器顯示了比使用傳統的BL燈的捕蟲器高至少5倍的捕蟲效率。
這一結果是因為紫外線發光二極體燈的φe/φv比BL燈高，和/或紫外線發光二極體燈的半峰寬比BL燈小，並且因此紫外光被集中在特定的峰值波長。
由於上述實驗的目標物是蚊子，實驗的結果至少對於蚊子來說是可靠的。
[第二實施例]
圖4是根據本發明的第二實施例的捕蟲器的透視圖。圖4中所示的捕蟲器是由P&L Systems Ltd製造的名為Luralite的產品。與第一實施例相同的紫外線發光二極體燈被用於第二實施例。紫外線發光二極體燈被安裝以像圖4所示的那樣向上發射紫外光。紫外光不是必須向上發射，但這是紫外線發光二極體燈的較佳安裝方式，使得其不能直接對著生活空間內的人體發射紫外光。
實驗在這樣的情況下實施，紫外線發光二極體燈的輻射通量是不同的，紫外光從被噴砂過程製成粗糙的罩均勻地表面發射，或從紫外線發光二極體燈的晶片直接點發射，並且紫外線發光二極體燈的紫外光的波長是不同的。
實驗1
第一個實驗是在使用Luralite捕蟲器的輻射通量為500mW和1000mW的均勻化365nm發光二極體的紫外光之間的，處於黑暗的實驗室條件下的對於家蠅(Musca domestica)的引誘競爭。
對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的均勻化365nm發光二極體紫外光，比較了500mW和1000mW的家蠅收集速度。實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)。實驗實施了配對試驗，在從早上開始1,2,4,8和12小時的同時曝光條件下，室溫：27±1℃，相對濕度：64±4%，重複2次。
在8和12小時曝光時間，1000mW的均勻化365nm發光二極體紫外光對於家蠅的收集速度明顯高於500mW的收集速度(見表1)。結果，對於家蠅的光捕捉，1000mW輻射通量的均勻 化365nm發光二極體紫外光比500mW的更有效。
Figure TWI611760BD00003
實驗2
第二個實驗是在使用Luralite捕蟲器的輻射通量為500mW和1000mW的直接365nm發光二極體的紫外光之間的，處於黑暗的實驗室條件下的對於家蠅(Musca domestica)的引誘競爭。
對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的直接(非均勻化)365nm發光二極體紫外光，比較了500mW和1000mW的家蠅收集速度。實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)。實驗實施了配對試驗，在從早上開始1,2,4,8和12小時的同時曝光條件下，室溫：27±1℃，相對濕度：64±4%，重複4次。
在所有的曝光時間內，1000mW的直接(非均勻化)365nm發光二極體紫外光對於家蠅的收集速度明顯高於500mW的收集 速度(見表2)。結果，對於家蠅的光捕捉，1000mW輻射通量的直接(非均勻化)365nm發光二極體紫外光比500mW的更有效。
Figure TWI611760BD00004
實驗3
第三個實驗是在使用Luralite捕蟲器的輻射通量為1000mW的直接(非均勻化)和均勻化的365nm發光二極體的紫外光之間的，處於黑暗的實驗室條件下的對於家蠅(Musca domestica)的引誘競爭。
對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的1000mW輻射通量的365nm發光二極體紫外光，比較了直接的(非均勻化)和均勻化的紫外光的家蠅收集速度。實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)。實驗實施了配對試驗，在從早上開始1,2,4,8和12小時的同時曝光條件下，室溫：26±1℃，相對濕度：62±4%， 重複4次。
在2,4,8和12小時的曝光時間內，均勻化的365nm發光二極體紫外光對於家蠅的收集速度明顯高於那些直接(非均勻化)的光的收集速度(見表3)。結果，對於家蠅的光捕捉，1000mW輻射通量的均勻化365nm發光二極體紫外光比直接(非均勻化)的365nm發光二極體紫外光更有效。
Figure TWI611760BD00005
實驗4
第四個實驗是在使用Luralite捕蟲器的340nm和365nm發光二極體的紫外光之間的，處於黑暗的實驗室條件下的對於家蠅(Musca domestica)的引誘競爭。
首先，對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的電能均為 500mW的均勻化發光二極體紫外光，比較了340nm和365nm的紫外光的家蠅收集速度。實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)。實驗實施了配對試驗，在從早上開始1,2,4,8和12小時的同時曝光條件下，室溫：26±1℃，相對濕度：64±4%，重複2次。
接著，對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的均勻化發光二極體紫外光，比較了500mW輻射通量的340nm的和1000mW輻射通量的365nm的紫外光的家蠅收集速度。實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)。實驗實施了配對試驗，在從早上開始1,2,4,8和12小時的同時曝光條件下，室溫：26±1℃，相對濕度：64±4%
在8和12小時的曝光時間內，在500mW時，365nm發光二極體紫外光對於家蠅的收集速度明顯高於那些340nm的發光二極體紫外光的收集速度(見表4-1)。在4，8和12小時的曝光時間內，1000mW的365nm發光二極體紫外光對於家蠅的收集速度明顯高於那些500mW的340nm的發光二極體紫外光的收集速度(表4-2)。結果，對於家蠅的光捕捉，365nm發光二極體紫外光比365nm發光二極體紫外光更有效。
表6-1從早上開始12小時，在黑暗條件的屏蔽罩內針對50隻家蠅使用Luralite捕蟲器，進行輻射通量均為500mW的340nm和365nm紫外線發光二極體光的收集速度的比較，重複2次。1)跟隨著相同
Figure TWI611760BD00006
Figure TWI611760BD00007
實驗5
第五個實驗是在使用Luralite捕蟲器的1000mW的365nm的均勻化發光二極體的紫外光的，處於黑暗的實驗室條件下的對於家蠅(Musca domestica)的引誘效果實驗。
對50隻家蠅使用了Luralite捕蟲器的電能均為1000mW的365nm的均勻化發光二極體紫外光，評估了其家蠅收集速度。 實驗場所為黑暗的實驗內的屏蔽罩(1.8×3.7×1.8m)，在從早上開始1,2,4,8和12小時，室溫：26±1℃，相對濕度：64±4%。
1000mW的均勻化365nm發光二極體紫外光的收集速度是很高的，例如在4,8和12小時曝光時間後分別為58.5%，88.5%，和100%(表5)。
Figure TWI611760BD00008
如實驗1和實驗2的實驗結果中可以看到的，在較高的輻射通量的條件下的蒼蠅收集速度會高得多。如實驗3的實驗結果中可以看到的，從粗糙的表面均勻化表面發射的紫外光具有比從紫外線發光二極體晶片直接發射的紫外光高的蒼蠅收集速度。如實驗4的實驗結果中可以看到的，具有365nm峰值波長的紫外光具有比峰值波長為340nm的紫外光更高的蒼蠅收集速度。
如這些實驗的實驗結果可以看到的，具有更高的輻射通量的和365nm峰值波長的均勻化表面發射的紫外光具有更高的蒼 蠅收集速度。當輻射通量接近1000mW時比500mW時更有效。但是當其長時間使用時，高溫會引起性能退化，因為相比熱輻射效率的極限，太高的輻射通量也會產生太多的熱量。因此為了避免熱引起的性能退化，限定最大的輻射通量是重要的。從其他的實驗證明，當紫外線發光二極體燈的輻射通量為750mW到1500mW時，即使它長時間使用，紫外光發射效率不會降低。
具有1000mW輻射通量和365nm峰值波長的均勻化表面發射紫外光的蒼蠅收集效率可以從實驗5的結果中看到。
同時，用於本發明的紫外線發光二極體晶片具有如下結構，其具有高效的紫外光發射性能。
圖5是根據本發明的實施例的紫外線發光二極體晶片的截面圖，圖6是根據本發明的實施例的紫外線發光二極體晶片的多量子阱結構的放大截面圖。
參考圖5，所述紫外線發光二極體晶片包括n型接觸層27，靜電放電阻擋層30，超晶格層35，主動區39，p型接觸層43，以及電子控制層28和34。此外，所述紫外線發光二極體晶片更包括基底21，成核層23，緩衝層25，電子注入層37，電子阻擋層41或δ-摻雜層45。
基底21是在其上生長了氮化鎵基半導體層的基底。其可以為藍寶石、SiC或尖晶石基底等等，但是不限於這裡提到的。例如，它可以是圖形化藍寶石基底(PSS)。
成核層23可以由(Al,Ga)N於400~600℃的溫度下形 成，以使得緩衝層25生長在基底21上。例如，其由GaN或AlN形成。成核層可以形成為大約25nm的厚度。緩衝層25用於抑制缺陷的發生，例如基底21和n型接觸層27之間的位錯，並且其在相對高溫下生長。例如，緩衝層25可以由未摻雜的GaN形成，厚度為大約1.5μm。
n型接觸層27由摻雜了n型雜質的氮化鎵基半導體層形成，例如Si，並且可以形成厚度為例如大約3μm。n型接觸層27可以包括AlGaN層或AlInGaN層，並且可以具有單層或多層結構。例如，如圖中所示，n型接觸層27可以包括較低的GaN層27a，中間層27b和較高的AlGaN層27c。這裡，中間層27b可以由AlInN形成，或可以形成為具有多層結構(包括超晶格結構)，其由例如大約10個交替的AlInN和GaN層組成。較低的GaN層27a可以形成為大約1.5μm的厚度，較高的AlGaN層27c可以形成為大約1μm的厚度。較高的AlGaN層27c可以具有小於10%的Al含量，例如大約9%。
中間層27b形成的厚度小於較高的AlGaN層27c，並且可以形成為大約80nm的高度。較高的AlGaN層27c的結晶度可以通過在較低的GaN層27a上形成中間層27b和在其上形成較高的AlGaN層27c來提高。
特別地，在較低的GaN層27a和較高的AlGaN層27c中摻雜的Si雜質的濃度為1E18/cm3以上。中間層27b的摻雜水平可以等於或低於較高的AlGaN層27c，並且不可以有意地摻雜其他 雜質。另外，較高的AlGaN層27c可以由通過重複摻雜和非摻雜得到的調製摻雜層制得。
較低的GaN層27a和較高的AlGaN層27c摻雜了高濃度的雜質，並且由此n型接觸層27的電阻成分能夠得到降低。接觸n型接觸層27的n電極49a(見圖8)可以與較高的AlGaN層27c接觸。特別地，當通過移除基底21得到具有垂直結構的紫外線發光二極體晶片時，較低的GaN層27a和中間層27b也會被移除。
電子控制層28位於n型接觸層27上，使得其接觸n型接觸層27。特別地，電子控制層28位於接觸n-電極49a的層上，例如較高的AlGaN層27c。電子控制層28的Al含量可以高於n型接觸層27，並且可以由AlGaN或AlInGaN製成。例如，電子控制層28的Al含量的範圍可以從10%到20%。電子控制層28可以形成為大約1-10nm的厚度。
電子控制層28的Al含量高於n型接觸層27，並且由此用於阻擋電子從n型接觸層27向主動區39遷移。因此，電子控制層28用於控制電子的流動性，通過此提高主動區39內的電子和電洞的重新結合速度。
靜電放電阻擋層30形成以提高形成於其上的外延層的結晶質量。靜電放電阻擋層30可以包括未摻雜的AlGaN層29，低濃度AlGaN層31和高濃度AlGaN層33。未摻雜的AlGaN層29可以形成為有意無摻雜AlGaN，並且可以形成的厚度小於較高AlGaN層27c，例如厚度為80nm到300nm。當n型接觸層27摻 雜了n型雜質，在n型接觸層27產生了殘餘應力，並且結晶質量降低了。而且，當形成了具有相對高Al含量的電子控制層28時，結晶質量降低了。由於這個原因，當另一外延層在n型接觸層27或電子控制層28上生長時，難以形成具有好的結晶質量的外延層。然而，因為未摻雜AlGaN層29沒有摻雜雜質，它作為復原層，其恢復了n型接觸層27的降低的結晶質量。因此，在較佳實施例中，當電子控制層28被省略時，未摻雜AlGaN層29直接形成在n型接觸層27上，使得其接觸n型接觸層27，並且當電子控制層28被形成時，未摻雜AlGaN層29直接形成在電子控制層28上，使得其接觸電子控制層28。另外，因為未摻雜AlGaN層29具有高於n型接觸層27的電阻，從n型接觸層27流入主動區39的電子在其通過未摻雜AlGaN層29之前，會被均勻的分散在n型接觸層27內。
低濃度AlGaN層31位於未摻雜GaN層29上，並且具有摻雜濃度小於n型接觸層27的n型雜質。低濃度AlGaN層31的Si摻雜濃度可以在例如5×1017/cm3到5×1018/cm3的範圍，並且可以形成為小於未摻雜AlGaN層29的厚度，例如厚度為50-150nm。同時，高濃度AlGaN層33位於低濃度AlGaN層31上，並且具有高於低濃度AlGaN層31的n型雜質摻雜濃度。高濃度AlGaN層33的Si摻雜濃度可以基本與n型接觸層27相似。高濃度AlGaN層33可以形成小於低濃度AlGaN層31的厚度，例如大約30nm的濃度。
n型接觸層27，電子控制層28，未摻雜ALGaN層29，低濃度AlGaN層31和高濃度AlGaN層22可以通過在腔室內注入金屬氣體源相繼生長。作為金屬氣體源，鋁(Al)、鎵(Ga)和/或銦(In)的有機源，例如三甲基鋁(TMA)，三甲基鎵(TMG)和/或三甲基銦(TMI)被使用。同時，作為Si的氣體源，可以使用SiH4。這些層在第一溫度下生長，例如，1050℃到1150℃。
電子控制層34位於靜電放電阻擋層30上。特別地，電子控制層34與高濃度AlGaN層33接觸。電子控制層34具有高於靜電放電阻擋層30的Al含量，並且可以由AlGaN或AlInGaN製成。例如，電子控制層34的Al含量的範圍可以從10%到20%。電子控制層34可以形成為大約1-10nm的厚度。
因為電子控制層34具有高於靜電放電阻擋層30的Al含量，它用於阻擋電子從n型接觸層27向有源層39遷移。因此，電子控制層34的作用是控制電子的流動性，通過此提高了主動區39內電子和電洞重新結合的速度。
超晶格層35位於電子控制層34上。超晶格層35可通過例如沉積大約30個交替的第一AlInGaN層和第二AlInGaN層來製備，它們具有不同的組成，這種形式下每一層具有20Å的厚度。第一AlInGaN層和第二AlInGaN層的帶隙大於主動區39內的阱層39W(見圖6)。第一AlInGaN層和第二AlInGaN層的每一層的銦(In)含量可以低於阱層39w的銦(In)含量，但是不限於此，並且第一AlInGaN層和第二AlInGaN層中的至少一個的In含量高 於阱層39w。例如，在第一AlInGaN層和第二AlInGaN層中的具有較高In含量的測定可以具有大於1%的In含量和大約8%的Al含量。超晶格層35可以由未摻雜層形成，其有意地未摻雜任何雜質。因為超晶格層35由未摻雜層形成，它可以減少紫外線發光二極體晶片的洩露電流。
超晶格層35可以作為形成在其上的外延層的緩衝層，並且由此提高外延層的結晶質量。
電子注入層37的n型雜質摻雜濃度高於超晶格層35。另外，電子注入層37可以具有基本等於n型接觸層27的n型雜質摻雜濃度。例如，n型雜質摻雜濃度的範圍可以從2×1018/cm3到2×1019/cm3，並且較佳從1×1019/cm3到2×1019/cm3。電子注入層37可以形成為厚度類似於或小於高濃度摻雜層33的厚度，例如，厚度為大約20nm。電子注入層37可以由例如AlGaN形成。
在電子注入層37上，設置了主動區39。圖6是主動區39的放大截面圖。
參考圖6，主動區39具有多量子阱結構，包括與阱層39w交替沉積的障壁層39b。阱層39w可以具有這樣的組成，其發射近紫外光，波長範圍為從335nm到395nm。例如，阱層39w可以由GaN、InGaN或AlInGaN形成。特別地，它可以由InGaN形成。這裡，阱層39w的銦(In)含量根據需要的近紫外光的波長來確定。例如，阱層39w的In含量可以為大約7%以下，且阱層39w的Al含量可以為大約12%以下。如果阱層具有5%以下的Al含量 和12-1%的In含量，紫外線發光二極體晶片的峰值波長為370-395nm。如果阱層具有5%以下的Al含量和5%以下的In含量時，紫外線發光二極體晶片的峰值波長為360-370nm。如果阱層具有1-7%的Al含量和5%以下的In含量時，紫外線發光二極體晶片的峰值波長為335-360nm。阱層可以形成為大約20-30Å的厚度。
障壁層39b可以有氮化鎵基半導體層形成，例如GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN，其具有大於阱層的帶隙。特別地，障壁層可以有包含In的AlInGaN製成，並且由此阱層39w和障壁層39b之間的晶格失配能夠得到降低。
同時，在障壁層39b1,39b和39bn中，第一障壁層39b1位於緊鄰電子注入層37或超晶格層35處，其可以具有高於其他障壁層的Al含量。例如，第一障壁層39b1的Al含量可以高於那些其他障壁層39b至少5%，至少10%或至少20%。第一障壁層39b1的Al含量可以例如為從30%到50%。例如，其他障壁層39b和39bn可以具有大約20%的Al含量，並且第一障壁層39b1可以具有大約40%的Al含量。這些障壁層39b1,39b和39bn的In含量為大約1%以下。
通常，紫外線發光二極體晶片中的障壁層形成為具有相同組成。然而，在該實施例中，第一障壁層39b1具有比其他障壁層39b高的Al含量。因為第一障壁層39b1形成為相比其他障壁層39b具有較高的帶隙，第一障壁層39b1可以用於俘獲主動區39內的載流子。另外，第一障壁層39b1具有高於超晶格層35或電 子注入層37的Al含量，且因此可用作電子阻擋層，用來阻擋電子流。
同時，第一障壁層較佳地具有基本上等於不同於最後一個障壁層的其他障壁層的厚度，最後一個障壁層離電子阻擋層41或p型接觸層43最近。第一障壁層可以具有例如40-60Å的厚度，較佳地為大約50Å。
主動區39可以與電子注入層37接觸。特別地，第一障壁層39b1與電子注入層37接觸，這樣能有效地拖延電子流動。同時，主動區39的障壁層和量子阱層可以由未摻雜層製成，其沒有摻雜任何雜質，以提高主動區的結晶質量，但是主動區的一部分或全部也可以摻雜雜質以降低正向電壓。
再次參考圖5，p型接觸層43可以位於主動區39上，並且電子阻擋層41可以位於主動區39和p型接觸層43之間。電子阻擋層41可以由AlGaN或AlInGaN製成。如果電子阻擋層41由AlInGaN製成，它的晶格與主動區的39的失配會進一步降低。這裡，電子阻擋層41可以具有例如大約40%的Al含量。電子阻擋層41可以摻雜p型雜質，例如Mg，但是不會有意地摻雜任何雜質。電子阻擋層41可以形成為大約15nm的厚度。
p型接觸層43可以由Mg摻雜的AlGaN層或AlInGaN層形成，並且可以，例如具有大約8%的Al含量和100nm的厚度。p型接觸層43可以由單層形成，但是不限於此，並且可以如附圖所示的，可以包括較低的高濃度摻雜層43a，低濃度摻雜層43b和較 高的高濃度摻雜層43c。低濃度摻雜層43b具有低於那些較低的和較低的高濃度摻雜層43a和43c的摻雜濃度，且其位於較低的高濃度摻雜層43a和較高的高濃度摻雜層c之間。低濃度摻雜層43b可以生長，在生長的同時封鎖Mg源氣體(例如Cp2Mg)的注入。另外，在低濃度摻雜層43b的生長中，H2可以被排出，並且N2可以被用作載氣以減少層的雜質含量。而且，低濃度摻雜層43b可以形成為比較低的和較高的高濃度摻雜層43a和43c更厚。例如，低濃度摻雜層43b可以形成為大約60nm的厚度，並且較低的和較高的高濃度摻雜層43a和43c可以形成為具有10nm的厚度。因此，p型接觸層43造成的近紫外光損失可以被阻止或減少，通過提高p型接觸層43的結晶質量和減少p型接觸層43的雜質濃度。
同時，δ-摻雜層45可以位於p型接觸層43上，以降低歐姆接觸電阻。δ-摻雜層45摻雜了高濃度n型或p型雜質以降低形成在其上的電極和p型接觸層43之間的歐姆接觸電阻。δ-摻雜層45可以形成為大約2-5Å的厚度。
圖7是根據本發明的實施例的能帶隙的能帶示意圖。為了簡化描述，圖7示意性的僅顯示了傳導能帶。
參考圖7，電子控制層28位於n型接觸層27和靜電放電阻擋層30之間，並且電子控制層34位於靜電放電阻擋層30和超晶格層35之間。而且，主動區39的第一障壁層39b1相比主動區39的阱層或其他障壁層位於更靠近超晶格層35處。電子控制層 28和34具有比那些鄰近它們的層更大的帶隙，並且因此用來作為阻擋電子從n型接觸層27向主動區39遷移的勢壘。特別地，電子控制層28具有比n型接觸層27更大的帶隙，並且電子控制層34具有比靜電放電阻擋層30更大的帶隙。第一障壁層39b1也具有比超晶格層35或電子注入層37更大的帶隙，並且因此作為電子從超晶格層35向主動區39注入的勢壘。
如圖7所示，電子控制層28和34一起與第一障壁層39b1可以位於n型接觸層27和主動區39之間，借此拖延電子的流動。因此，在主動區39內沒有與電洞結合而脫離的電子會被阻止，借此提高電子和電洞的重新結合速度。在高電流密度下操作時，採用電子控制層28和34的發光二極體會顯示更好的效果。
圖8是根據本發明的實施例的具有電極的紫外線發光二極體晶片的截面示意圖。圖8顯示了具有橫向結構的紫外線發光二極體晶片，通過圖形化在基底21上生長的外延層來製備。
參考圖8，紫外線發光二極體晶片包括，除了參考圖5描述的基底和外延層之外，還有透明電極47，n-電極49a和p-電極49b。
透明電極47可以由例如氧化銦錫(ITO)製成。p-電極49b形成於透明電極47上。同時n-電極49a與n型接觸層27接觸，特別是較高的AlGaN層27c，通過刻蝕外延層而曝露。電子控制層28位於n型接觸層27之上，同時n-電極49a接觸n型接觸層27，以便阻擋電子從n型接觸層27向主動區39流動。
雖然在該實施例中展示和描述了具有橫向結構的紫外線發光二極體晶片，本發明的範圍不限於具有橫向結構的紫外線發光二極體。具有倒裝晶片結構的紫外線發光二極體晶片可以通過圖形化基底21上的外延層來製備。可變換地，具有垂直結構的紫外線發光二極體晶片也可以通過移除基底21的方法製備。
實驗示例
如圖5所示的外延層生長在圖形化藍寶石基底上，採用有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)系統在相同條件下進行，同時僅改變製備電子控制層28和34的條件。示例1的紫外線發光二極體晶片被取樣，其中沒有形成電子控制層28和34，並且樣品中的第一障壁層具有大約5nm的厚度和大約40%的Al含量。同時，示例2，3和4的紫外線發光二極體晶片採用與示例1相同的方法製備，除了製備了電子控制層28和電子控制層34。電子控制層28和電子控制層34的每一個被製備成大約5nm的厚度。同時，示例2到4的紫外線發光二極體晶片的電子控制層28和34被製備成如下，示例2為大約10%的Al含量，示例3為大約15%的Al含量，示例4為大約20%的Al含量。Al的含量採用原子探針進行檢測。同時，在每個示例中，n型接觸層27和靜電放電阻擋層33的每一個的Al含量為大約9%，並且超晶格層35的Al含量為大約8%。
示例1到3中的每一個製備了兩片晶片，示例4製備了一片晶片。紫外線發光二極體的每一個的光輸出在晶片級別被檢 測，並且每個晶片的光輸出平均值如圖9所示。
如圖9可以看到的，示例2和3的具有電子控制層28和34的紫外線發光二極體晶片相比沒有電子控制層的紫外線發光二極體來說顯示出更高的光輸出。另外，光輸出隨著電子控制層28和34的Al含量增加而增加。
如以上所述的，根據本發明的捕蟲器中的紫外線發光二極體燈發射紫外光，其在特定峰值波長集中，並且強於可見光，同時所使用的能耗被降低。另外，捕蟲器的捕蟲效率會顯著增加，這歸因於捕蟲器中設置的紫外線發光二極體燈的位置和方向的特性。
10‧‧‧管道
11‧‧‧空氣進口
13‧‧‧抽吸風扇
15‧‧‧空氣出口
17‧‧‧第一罩
18‧‧‧第二罩
80‧‧‧捕蟲部分
a‧‧‧間隔

Claims (25)

  1. 一種捕蟲器，包括：紫外線發光二極體燈，其包括印刷電路板，所述印刷電路板上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝所述紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置在所述安裝部分附近的捕蟲部分；其中所述紫外線發光二極體晶片包括：n型接觸層；p型接觸層；和主動區，其位於所述n型接觸層和所述p型接觸層之間，並且所述主動區包括多個障壁層，所述多個障壁層包括最靠近所述n型接觸層的第一障壁層；其中所述多個障壁層包括AlGaN或AlInGaN，並且所述第一障壁層的Al含量高於那些其他多個障壁層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中多個所述紫外線發光二極體晶片被安裝在所述印刷電路板上，它們被設計為發射具有基本相同的峰值波長的紫外光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光的峰值波長為335nm到395nm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光的擴散角為120°以下。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體燈的φe/φv值為98以上，其中φe表示輻射通量，單位為mW，φv單位為lm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中從所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光的光譜半峰寬為14.5nm以下。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中在所述紫外線發光二極體燈的所述紫外線發光二極體晶片側設置了透明罩，其採用允許紫外光容易地通過的材料製成，其中所述透明罩的表面是粗糙的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體燈的輻射通量為750mW到1500mW。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體燈的所述紫外線發光二極體晶片發射的紫外光為從捕蟲器向上或向旁邊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體晶片更包括至少一個電子控制層，其位於所述n型接觸層和所述主動區之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的捕蟲器，其中所述至少一個電子控制層包括AlGaN或AlInGaN，並且具有比那些鄰接層高的Al含量，用以干擾電子流入所述主動區。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的捕蟲器，其中所述n型接觸層與所述p型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層。
  13. 一種捕蟲器，包括：紫外線發光二極體燈，其包括印刷電路板，所述印刷電路板上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝所述紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置在所述安裝部分附近的捕蟲部分；其中所述紫外線發光二極體晶片包括：n型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；p型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；主動區，其位於所述n型接觸層和所述p型接觸層之間；其中所述主動區包括多個障壁層和阱層，所述多個障壁層由AlGaN或AlInGaN製成，並且所述阱層位於所述多個障壁層之間並且發射紫外線峰值波長。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體晶片更包括至少一個電子控制層，其位於所述n型接觸層和所述主動區之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的捕蟲器，其中所述至少一個電子控制層包括AlGaN或AlInGaN，並且具有比那些鄰接層高的Al含量，用以干擾電子流入所述主動區。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體晶片更包括：超晶格層，其位於所述n型接觸層與所述主動區之間；電子注入層，其位於所述超晶格層與所述主動區之間，其中 所述電子注入層具有n型雜質摻雜濃度高於所述超晶格層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的捕蟲器，其中所述紫外線發光二極體晶片更包括：靜電放電阻擋層，其位於所述n型接觸層與所述超晶格層之間，其中所述電子控制層設置在所述靜電放電阻擋層與所述超晶格層之間。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的捕蟲器，其中所述靜電放電阻擋層包括：未摻雜的AlGaN層；低濃度AlGaN層，其摻雜有濃度低於所述n型接觸層的n型雜質；和高濃度AlGaN層，其摻雜有濃度高於所述低濃度AlGaN層的n型雜質；其中所述低濃度AlGaN層位於所述未摻雜的AlGaN層與所述高濃度AlGaN層之間，並且所述電子控制層與所述高濃度AlGaN層接觸。
  19. 一種捕蟲器，包括：紫外線發光二極體燈，其包括印刷電路板，所述印刷電路板上安裝了紫外線發光二極體晶片；用於安裝所述紫外線發光二極體燈的安裝部分；和設置在所述安裝部分附近的捕蟲部分；其中所述紫外線發光二極體晶片包括： n型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；p型接觸層包括AlGaN層或AlInGaN層；電子阻擋層，其位於所述n型接觸層與所述p型接觸層之間，特別是最接近所述p型接觸層；主動區，其位於所述n型接觸層和所述p型接觸層之間；其中所述電子阻擋層包括多個障壁層和阱層，所述多個障壁層由AlGaN或AlInGaN製成，並且所述阱層位於所述多個障壁層之間並且發射紫外線峰值波長。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的捕蟲器，其中所述電子阻擋層由AlGaN或AlInGaN製成並且摻雜有p型雜質。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的捕蟲器，其中所述p型雜質為Mg。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的捕蟲器，其中所述阱層由InGaN製成。
  23. 一種捕蟲器，包括：管道，其內部包括抽吸風扇；紫外線發光二極體燈，其放置在所述管道的空氣進口部分，和設置在所述管道的空氣出口部分的捕蟲部分；並且所述紫外線發光二極體燈包括：印刷電路板；多個紫外線發光二極體晶片，其安裝在所述印刷電路板的一側，使所述多個紫外線發光二極體晶片沿著所述印刷電路板的長 度方向被彼此間隔的設置；和透明罩，其設置在所述紫外線發光二極體燈的所述紫外線發光二極體晶片側，其採用允許紫外光容易地通過的材料製成，其中所述紫外線發光二極體晶片包括：n型接觸層；p型接觸層；和主動區，其位於所述n型接觸層和所述p型接觸層之間；和電子阻擋層，其位於所述n型接觸層與所述p型接觸層之間，特別是最接近所述p型接觸層。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的捕蟲器，其中所述主動區包括多個障壁層和阱層，所述多個障壁層由AlGaN或AlInGaN製成，並且所述阱層位於所述多個障壁層之間並且發射紫外線峰值波長。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的捕蟲器，其中所述電子阻擋層由AlGaN或AlInGaN製成並且摻雜有p型雜質。
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