紫外光电子器件：氮化物技术及应用

　　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。

　　段瑞飞，中国科学院半导体研究所博士，北京中科优唯科技有限公司副总经理，氮化物半导体物理、材料、器件以及应用十多年研究经验，致力于氮化物深紫外LED的产业化。 王军喜，研究员，博导，中国科学半导体照明研发中心副主任，带领团队在国内首先制备出深紫外LED专用设备，开拓性实现国内300nm以下毫瓦级LED器件，填补了国内在该领域的空白。 李晋闽，原中国科学院半导体研究所所长，科技部“半导体照明联合创新国家重点实验室”主任，“国家半导体照明研发及产业联盟”研发主席兼“联盟标准化委员会”主任。半导体照明外延、芯片及应用集成技术团队的发起人和领导者。

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