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譯者前言半導(dǎo)體領(lǐng)域中，Ⅲ族氮化物的發(fā)展一直是過(guò)去幾十年，尤其是1993年以來(lái)至關(guān)重要的方向，特別是高能量光電子器件的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，是半導(dǎo)體領(lǐng)域最引人關(guān)注的研究工作。2014年，隨著氮化物藍(lán)光LED發(fā)明人獲得諾貝爾獎(jiǎng)，藍(lán)光LED的研發(fā)已經(jīng)達(dá)到巔峰。與此對(duì)應(yīng)，技術(shù)難度更大的Ⅲ族氮化物基紫外光電器件正逐步向人們走來(lái)，這其中有紫外發(fā)光二極管、激光器以及相關(guān)的紫外探測(cè)器，其目標(biāo)都是向更高Al組分、更短波長(zhǎng)發(fā)展，以期實(shí)現(xiàn)AlGaN全系的高性能紫外光電器件。諾貝爾獎(jiǎng)得主,日本名古屋大學(xué)教授天野浩就在藍(lán)光之后一直從事紫外發(fā)光器件方面的研究，主要是波長(zhǎng)為250～350nm的紫外LED，這種LED除了殺菌用途外，預(yù)計(jì)還可應(yīng)用于印刷、醫(yī)療、科學(xué)等領(lǐng)域。使用AlGaN或InAlGaN制作紫外光源的主要優(yōu)點(diǎn)是：① 具有通過(guò)量子阱（QW）獲得高效率光發(fā)射的可能性；② 具有在寬帶隙光譜區(qū)域內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生p型和n型半導(dǎo)體的可能性；③ 氮化物硬度高并且器件壽命更長(zhǎng)；④ 材料中沒(méi)有砷、汞和鉛等有毒有害物質(zhì)；⑤ LED固有的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)快速、能耗低、體積小等，不需要任何預(yù)熱時(shí)間，并且可以幾十納秒或更快的切換速度開(kāi)啟和關(guān)閉。根據(jù)光譜范圍，人們劃分了UVA（320～400nm），UVB（280～320nm）和UVC（200～280nm）的范圍。而LED的優(yōu)勢(shì)使得研究人員預(yù)期了很多的應(yīng)用領(lǐng)域：UVA光譜范圍內(nèi)的重要應(yīng)用包括油墨、涂料、樹(shù)脂、聚合物和黏合劑的UV固化，以及快速原型和輕型結(jié)構(gòu)的3D打印。其他應(yīng)用可以在感測(cè)領(lǐng)域找到，例如，增白劑或熒光增白劑，探測(cè)安全的功能，例如，身份證和紙幣以及醫(yī)療應(yīng)用如血液氣體分析。UVB的關(guān)鍵應(yīng)用是光療，特別是牛皮癬和白癜風(fēng)的治療，以及植物生長(zhǎng)照明，例如靶向觸發(fā)次生植物代謝物。UVC的大規(guī)模應(yīng)用是水凈化（例如末端系統(tǒng)）、廢水處理和回收，以及醫(yī)療器械和食品的消毒。UVB和UVC-LED也有許多傳感應(yīng)用，因?yàn)樵S多氣體（如SO2，NOx，NH3）和生物分子在這些光譜區(qū)顯示出吸收帶，包括色氨酸、NADH、酪氨酸、DNA和RNA。UVC-LED也可以用于非視距通信，也是重力傳感器領(lǐng)域中基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣所在，例如ESA/NASA激光干涉儀空間天線(xiàn)（LISA）任務(wù)中，用于實(shí)現(xiàn)電荷管理系統(tǒng)。諸多優(yōu)勢(shì)需要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)就是技術(shù)上尚未成熟，需要更多的研發(fā)和合作，讓產(chǎn)學(xué)研、產(chǎn)業(yè)鏈上下游能夠協(xié)同起來(lái)，把氮化物紫外發(fā)光器件推向如藍(lán)光LED般的高度。譯者所在研發(fā)中心已有10多年深紫外LED的開(kāi)發(fā)歷程，深知其長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的難度以及技術(shù)開(kāi)發(fā)積累的重要性。本書(shū)主編Michael Kneissl教授和Jens Rass教授均就職于德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)固體物理研究所與萊布尼茨高頻技術(shù)學(xué)院，費(fèi)迪南德-布朗學(xué)院。本書(shū)非常及時(shí)而且全面地總結(jié)了目前氮化物紫外發(fā)光器件的最新進(jìn)展，對(duì)于我們進(jìn)一步研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化是很好的借鑒。希望本書(shū)的翻譯出版能使更多的人了解這個(gè)領(lǐng)域，更多的人參與到這個(gè)領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)廣泛的技術(shù)交流和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，能夠?yàn)棰笞宓�化物紫外光電器件產(chǎn)業(yè)提供幫助。因本書(shū)原著中采用英制學(xué)非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量單位，為了保持原書(shū)中數(shù)據(jù)的直觀(guān)性，翻譯時(shí)并未對(duì)單位進(jìn)行改變，讀者使用數(shù)據(jù)時(shí)請(qǐng)用本書(shū)列出的單位換算表進(jìn)行換算即可。鑒于專(zhuān)業(yè)所限以及文學(xué)修養(yǎng)不足，書(shū)中疏漏難免，希望讀者海涵并能夠指正為盼。這里要感謝中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心的全體同事在氮化物材料、器件、封裝、應(yīng)用方面的工作，尤其是他們?cè)谧贤馄骷�方面的工作，也讓譯者能夠更貼切地表達(dá)出原文的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。謝海忠老師等對(duì)翻譯進(jìn)行了校對(duì)，在此一并致謝。段瑞飛 王軍喜 李晉閩中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心2018年于北京前言過(guò)去的二十年中，Ⅲ族氮化物基紫外發(fā)光二極管（UV-LED）及其應(yīng)用經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。這可以通過(guò)許多方面來(lái)說(shuō)明。例如，在紫外LED領(lǐng)域發(fā)表的文章數(shù)量正穩(wěn)步上升，并在2014年時(shí)達(dá)到幾乎每年1000篇期刊文章（圖1）。然而，我們發(fā)現(xiàn)，這樣快速增長(zhǎng)使得人們很難對(duì)所有研究進(jìn)展有全面的概述。很多時(shí)候，當(dāng)半導(dǎo)體材料和光電子器件領(lǐng)域的研究人員描述紫外發(fā)光器件的應(yīng)用時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些信息的系統(tǒng)性不夠。另一方面，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用紫外發(fā)光器件和探測(cè)器的開(kāi)發(fā)人員和工程師往往不理解材料和器件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。本書(shū)的目的就是把所有這些進(jìn)展置于同一背景下，提供Ⅲ族氮化物材料、紫外光電器件及其應(yīng)用的最新技術(shù)的全面綜述。目標(biāo)讀者為研究人員和電氣工程師，材料科學(xué)、物理學(xué)研究生以及科學(xué)家，將紫外發(fā)光器件和探測(cè)器應(yīng)用到各領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)人員。本書(shū)提供了Ⅲ族氮化物材料的概述，包括其結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)以及各種光電元器件，如UV-LED、紫外激光器和光電探測(cè)器的關(guān)鍵性能。本書(shū)還提供了一些關(guān)鍵紫外發(fā)光器件和探測(cè)器應(yīng)用的介紹，包括水凈化、光療、氣敏傳感、熒光激發(fā)、植物生長(zhǎng)照明和UV固化。雖然每個(gè)章節(jié)都是獨(dú)立的，并可以不需其他章節(jié)的知識(shí)來(lái)理解，但對(duì)各章的組織也是有意選擇的。首先集中于基礎(chǔ)材料的屬性，隨后章節(jié)集中在紫外器件，而最后幾個(gè)章節(jié)描述紫外發(fā)光器件和探測(cè)器的關(guān)鍵應(yīng)用。在第1章，Michael Kneissl介紹了Ⅲ族氮化物紫外發(fā)光器件的技術(shù)及其應(yīng)用。第2章Matthias Bickermann回顧了氮化鋁體襯底的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)特性。第3章中，Eberhard Richter，Sylvia Hagedorn，Arne Knauer和Markus Weyers回顧了使用藍(lán)寶石作為襯底用于UV范圍內(nèi)氮化物基發(fā)光器件，尤其是氫化物氣相外延生長(zhǎng)低缺陷密度的AlGaN模板。第4章中，Hideki Hirayama討論了藍(lán)寶石襯底上低缺陷密度的AlN以及AlGaN層晶體生長(zhǎng)技術(shù)，并給出最先進(jìn)的藍(lán)寶石DUV-LED性能特性。第5章中，Shigefusa F. Chichibu，Hideto Miyake，Kazumasa Hiramtsu和Akira Uedono深入討論了位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷對(duì)近帶邊發(fā)射AlGaN基DUV發(fā)光材料內(nèi)量子效率的影響。第6章理解缺陷對(duì)UV-LED IQE的作用對(duì)于提高紫外LED效率和輸出功率至關(guān)重要。器件方面，UV-LED的光偏振和光提取等由Jens Rass和Neysha Lobo-Ploch給予綜述。AlN體襯底上UVC-LED的同質(zhì)外延生長(zhǎng)及其在水消毒中應(yīng)用由James R.Grandusky，Rajul V. Randive，Therese C. Jordan和Leo J. Schowalter在第7章綜述。Noble M.Johnson，John E.Northrup和Thomas Wunderer在第8章討論了AlGaN量子阱激光器異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的光學(xué)增益，并展示了AlGaN基紫外激光二極管發(fā)展現(xiàn)狀。而在第9章，日盲和可見(jiàn)光盲紫外光電探測(cè)器由Moritz Brendel，Enrico Pertzsch，Vera Abrosimova和Torsten Trenkler進(jìn)行了回顧。第10章中，Marlene A.Lange，Tim Kolbe和Martin Jekel檢查了UVC-LED的水消毒應(yīng)用，同時(shí)第11章中，Uwe Wollina，Bernd Seme，Armin Scheibe和Emmanuel Gutmann描述了紫外發(fā)光器件在皮膚病光療中的應(yīng)用。第12章中，Hartmut Ewald和Martin Degner回顧了紫外發(fā)光器件在氣體傳感中的應(yīng)用，而第13章Emmanuel Gutmann，F(xiàn)lorian Erfurth，Anke Drewitz，Armin Scheibe和Martina C.Meinke討論了化學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的紫外熒光檢測(cè)和光譜系統(tǒng)應(yīng)用。第14章，Monika Schreiner，Inga Mewis，Susanne Neugart，Rita Zrenner，Melanie Wiesner，Johannes Glaab和Marcel.A.K. Jansen綜述了UV LED的植物生長(zhǎng)照明應(yīng)用，特別是適用UVB光譜的次生植物代謝物誘導(dǎo)。最后一章中，UV LED固化應(yīng)用由Christian Dreyer和Franziska Mildner綜述。我們要感謝各章的所有作者及時(shí)且準(zhǔn)備充分的貢獻(xiàn)。沒(méi)有他們的付出，辛勤工作和持之以恒，不可能會(huì)有這本書(shū)。我們也要特別感謝施普林格科學(xué)出版社的Claus Ascheron，他提供我們編輯這本書(shū)的機(jī)會(huì)并在此期間給予持續(xù)支持。Michael KneisslJens Rass德國(guó)柏林