1.UVC半导体:新一代消杀技术，前景广阔
1.1.UVC:健康光源首选
UV(Ultraviolet)是指波长在10nm至nm之间的电磁波，即紫外线。根据波长可把紫外线分为长波紫外线(UVA)、中波紫外线(UVB)和短波紫外线(UVC)，波长分别为~nm、~nm、~nm。
UVC相较于UVA、UVB对人体影响很小。UVA穿透能力强，可到达皮肤真皮层，一方面，UVA使皮肤中的黑色素前体直接转化为黑色素，使皮肤快速黑化;另一方面，UVA会使皮肤中产生活性氧自由基，长期作用会给皮肤带来较大的氧化压力，并导致皮肤中的胶原蛋白、弹性蛋白和DNA损伤，从而造成皮肤老化、失去弹性、产生皱纹。UVB主要作用于皮肤表层，UVB会激活表皮基底层的黑色素细胞中的酪氨酸酶合成黑色素，黑色素形成后逐渐迁移到最外层，使皮肤黑化、出现红斑、或被晒伤。总之，UVA、UVB对人体皮肤都有损害，而UVC相较于UVA、UVB对人体伤害很低，这是因为UVC波长很短，穿透力很低，不能深入皮肤表皮。
1.2.UVC杀菌消毒效果强，灭活病毒更彻底。
人们经常采用日晒的方式来消灭食物上的病菌，达到消毒、保质的作用，并根据阳光消毒的作用原理，逐渐发展了人造紫外线技术。紫外线是一种诱变剂，通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。在特定的波长范围(主要是UVC)以及足够高的剂量下，紫外线能够引起细菌和病毒等微生物细胞中的DNA或RNA相邻嘧啶分子间形成异常的化学键，阻碍DNA或RNA的复制，从而造成微生物细胞死亡。深紫外半导体通过发出UVC波长的深紫外线达到杀菌消毒的效果。
相比化学杀菌消毒，紫外线的优势是杀菌效率高，灭活一般在几秒内完成，而且不产生其它化学污染物。在一线医疗卫生机构，它也是重要的杀菌消毒设备。由于紫外线的波长越短，频率越高，所蕴含的能量越高，因此相较于UVA和UVB，UVC的杀菌能力更强、效果更快。
UVC是自然界中杀菌效果最好的紫外线，但人们想直接利用太阳光中的UVC十分困难，这是因为UVC由于波长较短，在大气中就已经被臭氧层吸收、散射掉了，无法到达地面，所以，人造UVC就变得尤为重要。
1.3.UVC半导体具有明显的优势:小型化、无毒害、使用便捷
目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种:传统汞灯和紫外LED。汞灯是目前紫外线消毒、固化与曝光最主流的产品，这种灯的原理很简单，阴极射线管打出的高能电子激发汞蒸汽的原子呈激发态，激发态电子回到基态放出紫外光，如果外面涂上红绿蓝RGB的荧光粉，就是日光灯或节能灯。紫外LED是利用半导体发光原理来制造UV波段的光源，通过利用铝銦镓氮材料的配比变化，可以做出各种不同波段的紫外线与可见光。
与紫外LED相比，传统汞灯有一些缺点:尺寸较大;启动时间长，无法做到即开即用;易碎，使用寿命短;剧毒，破裂后会造成汞泄漏，污染环境，严重危害人体健康。相比于传统汞灯的诸多缺点，深紫外半导体具有明显的政策优势和技术优势，在各种不同的杀菌消毒方式中，只有深紫外半导体同时具备节约能源、即开即用、节省空间、无毒无害、寿命长、无刺激性气味等优异特性。因此，深紫外半导体成为了新的环保、高效紫外光源的不二之选。
1.4.UVC半导体工艺改进方向明晰，技术难题不断突破
深紫外半导体的工艺与普通LED的工艺大体相同，但由于UV-LED的发光材料不同，因此选取的发光材料和封装形式会有一定区别。UVC半导体芯片可分为衬底和外延层两部分:衬底通常沿用蓝光LED芯片所采用的蓝宝石衬底，外延层包括AlN模板层、N型AlGaN层、多量子阱发光层、电子阻挡层和P型GaN接触层。芯片工艺，通过光刻、刻蚀漏出N型接触层，通过蒸镀以及合金，N型、P型与电极形成欧姆接触，然后通过减薄、裂片，对小芯粒进行分选，倒装到绝缘的硅片上。
深紫外半导体由于发射的光谱波长通常小于nm，封装方式的选择会影响出光效率，而透镜封装和非透镜封装对紫外LED的出光影响尤其很大，所以制作工艺上对封装有较高要求，常用的封装形式包括覆晶封装(FLIPFLOP)、板上芯片封装(COB)和模组式封装(MODEUL)。
经过10多年研究和发展，nm以下的深紫外半导体外量子效率已超过5%，对应发光功率大于5mW，寿命达h。功率的提升推动应用领域的发展，但相较于技术十分成熟的蓝光LED，UVC半导体存在芯片外延生长困难、封装材料易老化、光提取效率较低等三个主要问题。因而后续对这些弱点的克服，推进相关技术改进是其发展的重点。
结合UVC半导体的使用特点与工艺流程，目前UVC半导体有四个努力方向:改进UVC半导体外延工艺、提升杀菌效率、改善散热、降低成本。
提高UVC半导体芯片性能:目前UVC半导体芯片外延工艺主要存在缺陷位错密度高、电子注入率低、光提取效率较低等问题。对于缺陷位错密度高的问题，解决方案为NH3脉冲流多层AIN生长技术、纳米图案蓝宝石衬底、AIN衬底等;对于电子注入率低，可采用硅、镁掺杂技术、梯度掺杂技术、脉冲掺杂技术等技术解决;对于光提取效率较低的问题，可采用倒装芯片技术、透明接触层和反射层的结构优化方案。总之，UVC半导体外延工艺的难点问题逐渐得到解决。
提升杀菌效率:理论上nm紫外线杀菌效果最好，但由于越靠近短波段，难度越大、良率越低、成本越高，不少芯片厂止步于~nm之间，转而专注提高功率，以谋求整体杀菌效率的提升。现阶段单颗UVC半导体功率的提升主要依靠更大尺寸的芯片来实现。然而，尺寸越大的芯片就越易碎，这就导致圆片的切割难度大、良率低。对此，业内出现了一种解决办法，采用多颗小功率芯片集成实现大功率，如青岛杰生就采用4颗芯片集成达到mW，并将成本控制在了元左右。
改善散热:UVC半导体的电光转化效率极低，只有少部分电能转化为紫外光，大部分都以热能的形式流失，这就导致UVC半导体芯片发热严重，影响了UVC半导体产品的寿命和可靠性。由于UVLED电光转化效率低的根源在外延阶段，技术上又遭遇瓶颈难以突破，因此改善散热的任务就转嫁到了下游的封装和模组。在封装材料的选择上，业内主要采用导热系数出色的氮化铝基板和陶瓷基板，随着封装技术难点逐渐被攻克，目前单颗UVC半导体封装器件的寿命和可靠性已经不成问题。
降低成本:UVLED用在饮水机、净水器、加湿器、空气净化器等热门小家电会大幅增加产品成本，消费者难以接受;用在空调、洗衣机这类产品价值本身足够高的家电中，UVC半导体的价格依然很难达到普通消费者的接受范围。这就倒逼着上游尤其是芯片端，不断通过完善技术、提高良率、扩大产能来压缩成本。随着我国芯片技术的不断发展和国家对于芯片产业的大力扶持，UVLED的成本有望得到控制。
2.:UCV半导体元年，疫情加速产业发展，开启黄金五年
2.1.紫外LED市场发展迅速，杀菌消毒行业潜力大
紫外LED市场发展迅速，年UVLED将会真正进入高速增长期的元年。据OFweek数据，年全球UVLED市场规模预计27亿元，同比增长35%，预计到年市场规模达65亿元,年复合增长率高达34.3%。其中UVA半导体市场规模最大，主要应用于工业固化、美甲、验钞上;其次是UVC半导体，主要应用在杀菌消毒、净水上;UVB半导体主要应用在植物照明和光医疗，市场容量小。展望应用市场需求，除固化市场稳定成长之外，表面/空气杀菌净化、静止水杀菌、流动水杀菌为未来主要成长动能。
UVLED应用领域中杀菌/净化市场是未来发展最迅速、最有潜力的市场，产品应用以UVC为主。UVLED应用广泛，根据UV波段不同而有所差别。其中，UVA产品的典型应用为紫外固化和UV喷墨打印;UVB应用主要以光疗为主;UVC应用相对广泛，可医院，空调系统，消毒柜，水处理设备，饮水机，污水处理厂，游泳池，食品饮料加工及包装设备上，深紫外光源最常用于消毒杀菌领域。目前UVLED除工业固化外主要应用于饮用水的杀菌与净化市场，年占总UVLED市场规模比重为25%。
UVC半导体下游应用广泛，市场潜力大。UVC半导体广泛应用于空气净化、食品及物体表面杀菌、洁净水、医疗及个人护理等领域，未来在家电、公共场所卫生保护等市场潜力较大。据LEDinside估计，年UVLED市场整体有望达到9.91亿美元，-年全球UVLED市场规模年复合增长率高达27%，其中UVC半导体产品年复合增长率预计达到60%。来自消费终端的市场信息反馈，随着消费者对紫外杀菌消毒产品的理解不断加深，消费者需求也正催生出更多UVC半导体的应用场景，比如母婴消毒器、电梯扶手杀菌机、空气净化器、扫地机器人等。未来UVC半导体市场将具备超大的增长潜力，OFweek预计年UVC半导体将占据UVLED的70%市场份额。
2.2.疫情蔓延推动杀菌消毒行业需求爆发
年2月5日国家卫生健康委员会发布了《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》，方案中指出新型冠状病毒对紫外线和热敏感，56摄氏度30分钟、75度乙醇等均可有效灭活病毒。
疫情催生较大的消毒市场，紫外线消毒灯在环境空气消毒、饮用水及污水消毒、衣物和餐具表面消毒等领域被广泛使用。疫情爆发带动市场对紫外线灭菌灯的需求，此次疫情使得消费者对于紫外杀菌消毒的认知得到普及和重视，为UVC半导体提供了一个良好的发展机遇。
疫情使得人们更加重视健康，并随着厂商对紫外灯的不断改进，使之更加贴近生活，紫外灯有望作为健康产品进入人们的生活，从而带来持续的需求。
多项研究表明UVC半导体可有效杀灭冠状病毒。德国UV技术开发商好乐集团近期宣布已证明短波UVC照射能够有效灭活新型冠状病毒，研究结果表明，其UV单元能够在数秒内杀死冠状病毒，杀菌率达99.99%;5月27日，宫崎大学宣布，联合实验表明日机装的短波UVC半导体灯可有效抑制新型冠状病毒的传染力并将其杀灭，可将新型冠状病毒的传染力降低99.9%以上;哥伦比亚大学研究表明远UVC光能够杀死空气飞沫传播的季节性冠状病毒，灭活率达99.9%。
米兰大学、IRCCS基金会和意大利国家天体物理研究所于年6月5日通过全球顶尖医学论文预印本网站medrxiv公开发表一项最新的研究成果:UVC紫外光可有效抑制新型冠状病毒。研究人员采用不同功率的UVC紫外光源对新冠病毒进行照射，实验结果表明，在较低的感染复合指数MOI=0.05的情况下，紫外辐射剂量达到4mJ/cm就可以杀死新冠病毒。即使是在极端情况下，感染复合指数高达MOI=0的新冠病毒，紫外辐射剂量达到16.9mJ/cm的就能有效抑制新型冠状病毒。根据这份研究报告，以最保守的计算:采用30W的UVC紫外光源，35s就可以杀死新冠病毒。
多家公司已推出UVC半导体杀菌产品。瑞丰光电子公司紫光推出MagicalPartner杀菌盒，经第三方权威机构检测，对杀灭冠状病毒有效;三安光电、科沃斯商用机器人和纳泽光电携手推出一款面向B端市场的新式移动消杀机器人;昕诺飞正增加其UVC紫外线产品的产能并进一步拓展UVC紫外线产品组合，新推出的UVC紫外线产品系列包括应用于专业市场的各类消毒灯具和消毒柜。
2.3.水俣公约落地，加速汞灯替代进程
水俣公约正式实施，UV-C对汞灯替代加速。联合国在年通过的《水俣公约》已于年正式生效，近个缔约国被要求自今年()起，不能再生产及进出口含汞的产品。作为传统汞加工制造和汞污染大国，中国政府积极践行《水俣公约》要求，我国政府先后颁布了《中国严格限制的有毒化学品名录》和《优先控制化学品名录(第一批)》等系列政策文件，对汞的管控提出明确要求。
汞灯或俗称水银灯是目前紫外线消毒、固化与曝光最主流的产品，甚至日光灯管与节能灯也是汞灯最大的应用之一，相较于汞灯，LED灯的使用寿命通常能超过小时，是传统汞灯的10倍以上，且启动速率快，体积小，能够配合不同应用需求设计，相较于汞灯灯管具有更高的应用弹性。更重要的是，UVLED不会造成环境污染，消耗的能量也低，比汞灯更为环保安全。长期来看，UVLED作为紫外光源将成为未来的市场主流，实现对汞灯的替代。
2.4.国内外厂商积极布局
国内外LED厂商积极布局UVC半导体产业，UVC半导体产品已量产。近年LED产业竞争增加，LED厂商积极拓展新产品市场，高毛利率的UVC半导体就是其中一个方向，包含Nichia、OSRAMOS、UVphotonics、Violumas等日韩厂商都积极朝向高功率UVC半导体应用发展，进入流动水模块市场。
从中国台湾LED厂布局来看，晶电推出~nmUVC半导体产品，隆达开发搭载光学透镜封装形式的UVC半导体，可应用于日常杀菌消毒使用。晶电和隆达UVC半导体产品目前都已经量产出货。其他包括佰鸿、光鋐也都开发了UVC半导体产品，正在跟客户接洽中。亿光推出可搭配提供不同功率的UVC半导体模块，用于UV净水器，另外还有UVC半导体灭菌灯、灭菌手电筒。此外，光宝科推出~nmUVC半导体产品，可以在多个领域得到应用。
年排名第一的紫外线LED厂商为NitrideSemiconductors。我国则以圆融科技为行业龙头，年圆融科技位于世界第五位。目前市场上高端的深紫外半导体产品仍主要以日本、韩国厂商为主，不过越来越多的国内半导体公司开始