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第1章 氮化物紫外光电子器件技术及应用概述1

摘要1

1.1背景2

1.2 UV发光器件及其应用3

1.3 UV-LED的最新技术和未来挑战4

1.4 UV-LED的主要参数和器件性能7

1.5缺陷对UV-LED IQE的作用8

1.6 UV-LED的电注入效率和工作电压10

1.7 UV-LED的光提取11

1.8 UV-LED的热管理与退化12

1.9展望13

1.10小结14

致谢15

参考文献15

第2章AlN体衬底的生长与性能25

摘要25

2.1 AlN晶体的特性与历史26

2.2 PVT法生长AlN体单晶：理论27

2.3 PVT法生长AlN体单晶：技术29

2.4籽晶生长与晶体长大31

2.5 PVT生长AlN体单晶的结构缺陷33

2.6 AlN衬底的杂质及相应性质34

2.7结论与展望37

致谢38

参考文献38

第3章 蓝宝石衬底上氮化物UV发光器件用AlGaN层气相外延44

摘要44

3.1简介45

3.2 MOVPE生长Al （Ga） N缓冲层46

3.3减少MOVPE生长Al （Ga） N层TDD的技术48

3.4 HVPE生长AlGaN层50

3.4.1 HVPE技术基础50

3.4.2衬底的选择53

3.4.3 HVPE选择生长AlGaN层结果54

3.5小结62

致谢63

参考文献63

第4章AlN／AlGaN生长技术和高效DUV -LED开发67

摘要67

4.1简介68

4.2 DUV-LED研究背景68

4.3蓝宝石衬底上高质量AlN的生长技术73

4.4内量子效率（IQE）的显著提高76

4.5 222～351nm AlGaN和InAlGaN DUV-LED80

4.6电注入效率（EIE）通过MQB的增加86

4.7未来高光提取效率（LEE）的LED设计92

4.8小结98

参考文献98

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

5.4 AlxGal-x N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Al0.6 Ga0.4 N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

7.1.1 UVC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

7.2 AlN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

7.3.1 UVT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

7.3.5 UVC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

8.2 AlN体材上的最高材料质量生长174

8.2.1 AlN体衬底174

8.2.2同质外延AlN174

8.2.3 AlGaN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

8.6.2 InGaN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

9.3.1 AlGaN基光电导体213

9.3.2 AlGaN基MSM光电探测器213

9.3.3 AlGaN基肖特基势垒光电二极管214

9.3.4 AlGaN基PIN光电二极管215

9.3.5 AlGaN基雪崩光电探测器217

9.3.6 AlGaN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

11.2.4 UV-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

11.3.4 UVA-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

12.6 UV-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

12.6.5 SO2和NO2传感器301

12.6.6 SO2 ／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

14.4.2 UVB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

14.6.2 UVB-LED针对性植物属性触发的优势352

14.6.3 UVB-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