紫外光电子器件——氮化物技术及应用

第1章氮化物紫外光电子器件技术及应用概述/001

摘要001

1．1背景002

1．2UV发光器件及其应用003

1．3UV-LED的最新技术和未来挑战004

1．4UV-LED的主要参数和器件性能007

1．5缺陷对UV-LED IQE的作用008

1．6UV-LED的电注入效率和工作电压010

1．7UV-LED的光提取011

1．8UV-LED的热管理与退化012

1．9展望013

1．10小结014

致谢015

参考文献015

第2章AlN体衬底的生长与性能/025

摘要025

2．1AlN晶体的特性与历史026

2．2PVT法生长AlN体单晶：理论027

2．3PVT法生长AlN体单晶：技术029

2．4籽晶生长与晶体长大031

2．5PVT生长AlN体单晶的结构缺陷033

2．6AlN衬底的杂质及相应性质034

2．7结论与展望037

致谢038

参考文献038

第3章蓝宝石衬底上氮化物UV发光器件用AlGaN层气相外延/044

摘要044

3．1简介045

3．2MOVPE生长Al（Ga)N缓冲层046

3．3减少MOVPE生长Al（Ga)N层TDD的技术048

3．4HVPE生长AlGaN层050

3．4．1HVPE技术基础050

3．4．2衬底的选择053

3．4．3HVPE选择生长AlGaN层结果054

3．5小结062

致谢063

参考文献063

第4章AlN/AlGaN生长技术和高效DUV-LED开发/067

摘要067

4．1简介068

4．2DUV-LED研究背景068

4．3蓝宝石衬底上高质量AlN的生长技术073

4．4内量子效率（IQE)的显著提高076

4．5222～351nm AlGaN和InAlGaN DUV-LED080

4．6电注入效率（EIE)通过MQB的增加086

4．7未来高光提取效率（LEE)的LED设计092

4．8小结098

参考文献098

第5章位错和点缺陷对近带边发射AlGaN基DUV发光材料内量子效率的影响/101

摘要101

5．1简介103

5．2实验细节104

5．3杂质和点缺陷对AlN近带边发光动力学的影响107

5．4AlxGa1-xN薄膜的近带边有效辐射寿命112

5．5硅掺杂及引起的阳离子空位形成对AlN模板上生长Al0．6Ga0．4N薄膜近带边发光的发光动力学影响113

5．6小结117

致谢118

参考文献118

第6章UV-LED的光偏振和光提取/122

摘要122

6．1紫外LED光提取123

6．2光偏振125

6．2．1影响AlGaN层光偏振开关的因素127

6．2．2光学偏振与衬底方向的关系130

6．2．3光学偏振对光提取效率的影响132

6．3改善光提取的概念134

6．3．1接触材料与设计134

6．3．2表面制备138

6．3．3封装144

参考文献145

第7章半导体AlN衬底上高性能UVC-LED的制造及其使用点水消毒系统的应用前景/151

摘要151

7．1简介153

7．1．1UVC光源类型153

7．1．2什么是UVC光？153

7．1．3紫外杀菌如何工作？155

7．2AlN衬底上UVC LED的制造156

7．3提升POU水消毒用的UVC-LED性能增益162

7．3．1UVT效应162

7．3．2设计灵活性164

7．3．3流动单元建模165

7．3．4流动分析案例165

7．3．5UVC光的使用168

参考文献169

第8章AlGaN基紫外激光二极管/171

摘要171

8．1简介172

8．2AlN体材上的最高材料质量生长174

8．2．1AlN体衬底174

8．2．2同质外延AlN174

8．2．3AlGaN激光器异质结构175

8．2．4多量子阱有源区176

8．3宽带隙AlGaN材料的大电流能力177

8．4大电流水平下的高注入效率180

8．5光泵浦UV激光器183

8．6紧凑深紫外Ⅲ-N激光器的其他概念186

8．6．1电子束泵浦激光器186

8．6．2InGaN基VECSEL 二次谐波产生187

8．7小结187

致谢188

参考文献188

第9章日盲和可见光盲AlGaN探测器/192

摘要192

9．1简介193

9．2光电探测器基础195

9．2．1特征参数与现象195

9．2．2各种类型的半导体光电探测器202

9．3Ⅲ族氮化物用于固态UV光电检测211

9．3．1AlGaN基光电导体213

9．3．2AlGaN基MSM光电探测器213

9．3．3AlGaN基肖特基势垒光电二极管214

9．3．4AlGaN基PIN光电二极管215

9．3．5AlGaN基雪崩光电探测器217

9．3．6AlGaN基光阴极219

9．3．7高度集成的Ⅲ氮族器件220

9．4宽禁带光电探测器现状221

9．5小结223

参考文献224

第10章紫外LED水消毒应用/234

摘要234

10．1简介235

10．2紫外消毒的基本原则235

10．2．1影响紫外能流的因素237

10．2．2紫外反应器性能的建模与验证239

10．3案例分析240

10．3．1测试紫外LED的实验设置提案241

10．3．2测试条件243

10．3．3使用紫外LED测试的结果246

10．4紫外LED水消毒应用潜力251

致谢252

参考文献252

第11章紫外发光器件皮肤病光疗应用/256

摘要256

11．1简介257

11．2紫外光疗的光源257

11．2．1自然日光258

11．2．2气体放电灯259

11．2．3激光器261

11．2．4UV-LED261

11．3皮肤紫外光疗的变化262

11．3．1补骨脂素加UVA（PUVA)治疗262

11．3．2宽谱UVB（BB-UVB)治疗263

11．3．3窄谱UVB（NB-UVB)治疗264

11．3．4UVA-1治疗265

11．3．5靶向紫外光疗265

11．3．6体外光化学治疗（ECP)266

11．4主要皮肤适应证的作用机制267

11．4．1牛皮癣268

11．4．2特应性皮炎268

11．4．3白癜风269

11．4．4皮肤T细胞淋巴瘤269

11．4．5扁平藓和斑秃269

11．4．6全身性硬化症和硬斑病270

11．4．7移植体抗宿主病270

11．4．8多形性日光疹270

11．5采用新型UV发光器件的临床研究271

11．5．1使用无极准分子灯的研究271

11．5．2使用紫外LED的研究272

11．6总结与展望273

参考文献273

第12章紫外发光器件气体传感应用/281

摘要281

12．1简介282

12．2吸收光谱284

12．3吸收光谱系统288

12．4紫外光谱仪光源291

12．5光谱仪用LED的光学和电学性质295

12．6UV-LED吸收光谱仪的应用298

12．6．1臭氧传感器299

12．6．2臭氧传感器设计299

12．6．3测量配置300

12．6．4结果300

12．6．5SO2和NO2传感器301

12．6．6SO2/NO2气体排放传感器设计301

12．6．7测量配置302

12．7结论与展望303

参考文献304

第13章化学与生命科学中的紫外荧光探测和光谱仪/306

摘要306

13．1简介307

13．2荧光检测和光谱仪的基础和装置308

13．3实验室分析仪器用荧光313

13．4环境监测和生物分析用荧光化学传感315

13．5用自发荧光探测微生物322

13．6皮肤病医疗诊断用荧光326

13．7总结与展望329

参考文献329

第14章UVB诱导次生植物代谢物/339

摘要339

14．1次生植物代谢物的本质和形成340

14．2次生植物代谢物的营养生理学341

14．3水果蔬菜消费与慢性病的关系342

14．4植物-环境相互作用中的次生植物代谢物342

14．4．1植物的UVB感知和信令342

14．4．2UVB应激源及植物生长调节剂344

14．5结构分化UVB响应345

14．5．1类黄酮和其他酚类346

14．5．2硫代葡萄糖苷349

14．6定制的UVB-LED次生植物代谢物UVB诱导351

14．6．1研究现状：UVB-LED用于植物照明351

14．6．2UVB-LED针对性植物属性触发的优势352

14．6．3UVB-LED针对性植物属性触发实验装置353

14．7展望354

参考文献354

第15章紫外LED固化应用/365

摘要365

15．1简介366

15．2光源367

15．3化学机制368

15．4动力学371

15．5医学应用372

15．6涂层、油墨和印刷375

15．7光固化快速成型377

15．8结论与展望378

参考文献379

专业术语中英文对照表383

单位换算表400

本书全面介绍了基于Ⅲ族氮化物的紫外LED、激光器和探测器的新技术，涵盖不同的衬底及外延方法，InAlGaN材料的光学、电学和结构特性以及各种光电子器件，如UV-LED、紫外激光器和紫外日盲探测器。此外，综述了紫外发光器件和探测的一些关键应用领域，包括水净化、光疗、气敏、荧光激发、植物生长照明和UV固化。

本书含有大量翔实的图表和参考文献，可供读者进一步了解和认识氮化物紫外光电器件及其应用。本书由德国、美国、日本、爱尔兰等国的知名专家共同执笔，各章的作者都在相关领域有着丰富的经验，其对技术发展的独到见解，能够开拓读者思路，为国内氮化物紫外光电子器件的发展提供借鉴和参考。

本书可供电气工程、材料科学、物理学研究生层次的学生、研究人员和科学家，以及将紫外发光器件和探测器用到各种领域的开发人员参考。

本书主要以图解形式介绍现代电子器件的基本知识、原理、识别及在不同领域、不同环境中的典型应用。其特点以现代器件为例，介绍它们在新产品或高技术产品中的使用，突出应用实例与效果。

本书适合广大电子技术初学者、深造者、电子爱好者、电器设计者及相关院校师生参考。