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乙酸胍表面处理提高纯红光钙钛矿发光二极管性能

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发光学报 2024年第4期45卷 637-643页

作者：师明明江季张兴旺中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管,近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷,严重影响器件的性能和稳定性,而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的... 详细信息

金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管,近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷,严重影响器件的性能和稳定性,而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的可行途径。本文报道了一种在萃取剂中添加乙酸胍的表面处理策略,可有效地减少钙钛矿层表面缺陷,改善薄膜形貌,进而将钙钛矿薄膜的荧光量子产率从64%提升到79%。基于乙酸胍表面处理的钙钛矿薄膜制备的发光二极管,最大效率可达11.66%,最大亮度达1285 cd·m^(-2),明显优于未处理的参考器件(6.69%,689 cd·m^(-2)),同时也展现出更好的稳定性。该研究提供了一种有效的钙钛矿表面处理策略,可以提高钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。

关键词：钙钛矿发光二极管表面处理准二维缺陷钝化

原子层沉积金属氧化物缓冲层制备高性能大面积钙钛矿太阳电池

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物理学报 2024年第9期73卷 317-325页

作者：瞿子涵赵洋马飞游经碧中国科学院半导体研究所半导体物理实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO_(2)薄层的策略,有效避免... 详细信息

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO_(2)薄层的策略,有效避免了衬底局部突起与钙钛矿吸光层直接接触导致的漏电现象,提升了小面积器件制备工艺的重复一致性.改善的电子输运和光管理过程也提高了小面积器件的效率.更重要的是,本文基于原子层沉积的TiO_(2)开展了0.5 cm^(2)大面积钙钛矿太阳电池的研究,通过优化TiO_(2)层的厚度,研制出光电转换效率高达24.8%的冠军器件(第三方认证效率24.65%),器件的制备工艺也表现出较好的重复性.此外,原子层沉积了TiO_(2)缓冲层的电池器件在氮气氛围下存储1500 h后仍然能够保留初始性能的95%以上.总之,在粗糙衬底上预先原子层沉积TiO_(2)薄层可以有效抑制局部漏电通道的产生,有利于制备高性能的大面积钙钛矿太阳电池.

关键词：原子层沉积金属氧化物大面积钙钛矿太阳电池

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基于AlAsSb/InAsSb超晶格势垒的InAs/InAsSbⅡ类超晶格nBn中波红外探测器

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红外与毫米波学报 2024年第4期43卷 450-456页

作者：单一凡吴东海谢若愚周文广常发冉李农王国伟蒋洞微郝宏玥徐应强牛智川中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

InAs/InAsSbⅡ类超晶格避免了InAs/GaSbⅡ类超晶格中与Ga原子相关的缺陷复合中心,具有更高的少数载流子寿命,在高工作温度中波红外探测器制备方面有着良好的应用前景。少数载流子单极势垒结构通常被用来抑制探测器暗电流,如nBn结构探测... 详细信息

InAs/InAsSbⅡ类超晶格避免了InAs/GaSbⅡ类超晶格中与Ga原子相关的缺陷复合中心,具有更高的少数载流子寿命,在高工作温度中波红外探测器制备方面有着良好的应用前景。少数载流子单极势垒结构通常被用来抑制探测器暗电流,如nBn结构探测器。在InAs/InAsSbⅡ类超晶格nBn中波红外光电探测器中,势垒层常采用AlAsSb等多元合金材料,阻挡多数载流子的输运。然而,势垒层与吸收层存在的价带偏移(VBO)使得光电流往往需要在大偏压下饱和,从而增大了探测器暗电流。本文设计了一种AlAsSb/InAsSb超晶格势垒,旨在消除VBO并降低量子效率对偏压的依赖性。研究结果显示,150 K下,设计制备的nBn光电探测器的50%截止波长为4.5μm,探测器光响应在-50 mV的小反向偏压下达到了饱和,3.82μm处的峰值响应度为1.82 A/W,对应量子效率为58.8%。在150 K和-50 mV偏压下,探测器的暗电流密度为2.01×10^(-5)A/cm^(2),计算得到在3.82μm的峰值探测率为6.47×10^(11)cm·Hz^(1/2)/W。

关键词： InAs/InAsSb Ⅱ类超晶格 AlAsSb/InAsSb势垒中波红外势垒探测器

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混沌微腔激光器的研究进展(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 113-124页

作者：李建成雷彬鹃肖金龙杨跃德黄永箴中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免... 详细信息

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免光反馈引入的弱周期性。基于微腔内模式相互作用产生的自发混沌半导体微腔激光器,无需外部扰动,具有体积小、工艺简单、混沌带宽大、混沌态工作条件宽和无反馈弱周期性等优点,有望在具体应用中进一步发挥作用。针对近年来基于微腔的混沌激光器研究情况,本文进行了分类介绍,包括自发混沌微腔激光器、光反馈混沌微腔激光器和集成互注入激光器,总结了自发混沌微腔激光器的当前应用,对自发混沌微腔激光器的未来发展做了展望。

关键词：微腔混沌半导体激光器非线性物理随机数混沌探测

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半导体缺陷的电子结构计算方法研究进展

物理学报 2024年第6期73卷 34-47页

作者：李晨慧张陈蔡雪芬张才鑫袁嘉怡邓惠雄中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

半导体材料的掺杂与缺陷调控是实现其应用的重要前提.基于密度泛函理论的第一性原理缺陷计算为半导体的掺杂与缺陷调控提供了重要的理论指导.本文介绍了第一性原理半导体缺陷计算的基本理论方法的相关发展.首先,介绍半导体缺陷计算的基... 详细信息

半导体材料的掺杂与缺陷调控是实现其应用的重要前提.基于密度泛函理论的第一性原理缺陷计算为半导体的掺杂与缺陷调控提供了重要的理论指导.本文介绍了第一性原理半导体缺陷计算的基本理论方法的相关发展.首先,介绍半导体缺陷计算的基本理论方法,讨论带电缺陷计算中由周期性边界条件引入的有限超胞尺寸误差,并展示相应的修正方法发展.其次,聚焦于低维半导体中的带电缺陷计算,阐述凝胶模型下带电缺陷形成能随真空层厚度发散的问题,并介绍为解决这一问题所引入的相关理论模型.最后,简单介绍了缺陷计算中的带隙修正方法及光照非平衡条件下掺杂与缺陷调控理论模型.这些工作可以为半导体,特别是低维半导体,在平衡或非平衡条件下的缺陷计算提供指导,有助于后续半导体中的掺杂和缺陷调控工作的进一步发展.

关键词：半导体缺陷计算镜像电荷修正低维半导体缺陷物理非平衡掺杂

MOCVD生长的中红外高功率量子级联激光器

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发光学报 2024年第5期45卷 794-799页

作者：杨鹏昌李曼孙永强程凤敏翟慎强刘峰奇张锦川中国科学院半导体研究所固态光电信息重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 电磁空间安全全国重点实验室天津300308

量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长... 详细信息

量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长技术以满足快速增长的市场需求。本文报道了全结构由MOCVD技术外延的QCL,通过将传统的“双声子共振”有源区结构修订为“单声子共振结合连续态抽取”结构,减少了电子的热逃逸,改善了器件的温度特性。针对该结构,进一步改变了有源区的掺杂浓度,并对比了不同掺杂浓度对器件性能的影响。腔长8 mm、平均脊宽约6.7μm的较高掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达3.43 W,中心波长约4.6μm,电光转化效率达13.1%;8 mm腔长的较低掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达2.73 W,中心波长约4.5μm,阈值电流仅0.56 A,峰值电光转化效率达15.6%。器件的输出功率和电光转化效率较之前文献报道的MOCVD制备的QCL有明显提高。该结果表明,MOCVD完全具备生长高功率QCL的能力,这对推动QCL的技术进步具有重要意义。

关键词：量子级联激光器中红外高功率金属有机物化学气相沉积

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高速光电探测器的研究进展(特邀)

光学学报 2024年第15期44卷 111-122页

作者：刘志鹏刘智成步文中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易... 详细信息

随着通信数据传输量呈指数级增长,光互连技术取代传统的电互连技术,已成为中长距离低损耗高速传输的主流技术。光电探测器作为光接收端的核心器件,实际应用对其高速性能的要求越来越高。其中,波导耦合的光电探测器尺寸小、带宽大,且易与其他光电子器件进行片上集成,是高速光电探测的研究重点。传统高性能的InGaAs光电探测器和发展迅速的Ge/Si光电探测器各具特色,是最具代表性的近红外光通信波段光电探测器。主要介绍了这两类波导耦合光电探测器的研究进展,包括典型的器件结构和性能,以及优化带宽等性能的主要途径。

关键词：光电探测器波导耦合铟镓砷硅基锗

K_(3)B_(6)O_(10)Br紫外非线性光学晶体研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 123-130页

作者：张敏王浩然张玲中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心新疆乌鲁木齐830011 中国科学院半导体研究所中国科学院半导体材料科学重点实验室北京100083

利用非线性光学晶体实现激光频率转换是拓展激光波长的有效手段之一,非线性光学晶体也成为全固态激光系统中的核心器件。硼酸盐由于其丰富的结构多样性和优异的光学性能,已成为开发可用于紫外激光输出的非线性光学晶体的重要体系。K_(3)... 详细信息

利用非线性光学晶体实现激光频率转换是拓展激光波长的有效手段之一,非线性光学晶体也成为全固态激光系统中的核心器件。硼酸盐由于其丰富的结构多样性和优异的光学性能,已成为开发可用于紫外激光输出的非线性光学晶体的重要体系。K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体具有短的紫外截止边(182 nm)、较大的非线性光学系数(d_(22)为0.83 pm/V)、适中的双折射率(0.046@1064 nm),在激光二倍频、三倍频激光输出领域具有潜在应用。本文简要介绍了K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体生长及基本性能,对晶体倍频与和频实现可见/紫外激光及光参量啁啾脉冲放大方面的研究进展进行了总结,并对K_(3)B_(6)O_(10)Br晶体未来发展及应用前景进行了简要分析。

关键词：非线性光学晶体紫外激光 K_(3)B_(6)O_(10)Br 激光频率转换

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基于可重构硅光滤波器的计算重建片上光谱仪

物理学报 2024年第14期73卷 34-42页

作者：张赞黄北举陈弘达长安大学电子与控制工程学院西安710018 中国科学院半导体研究所光电材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

相比于笨重的台式光谱仪,集成化的芯片级光谱仪可以应用于便携式的健康监测、环境检测等场景.我们设计了一个基于硅光子平台的片上光谱仪.该器件由一个透射光谱可重构的硅光滤波器构成.通过改变滤波器的透射光谱,可以实现对输入光谱的... 详细信息

相比于笨重的台式光谱仪,集成化的芯片级光谱仪可以应用于便携式的健康监测、环境检测等场景.我们设计了一个基于硅光子平台的片上光谱仪.该器件由一个透射光谱可重构的硅光滤波器构成.通过改变滤波器的透射光谱,可以实现对输入光谱的多次且不同的采样.再结合人工神经网络算法,从采样后的信号中重建出入射光谱.可重构的硅光滤波器由互相耦合的马赫曾德干涉仪和微环谐振腔组成.采用集成的热光相移器引入相位变化,能够对滤波器的透射光谱进行重构.通过这种方式,基于单个可重构滤波器可得到包含宽、窄光谱多样特征的响应函数.不需要滤波器阵列,就可以实现对入射光谱的多样化采样,能够显著地减小光谱检测器件的面积.仿真结果表明,所设计的器件在1500—1600 nm波长范围内可以实现连续光谱和稀疏光谱的重建,分辨率约为0.2 nm.该器件在可穿戴光学传感、便携式光谱仪等场景中具有巨大的应用潜力.

关键词：计算光谱重建可重构硅光滤波器深度学习光子集成回路

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