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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

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

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界面特性对InAs/GaSb Ⅱ型超晶格光学性质影响理论研究

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发光学报 2024年第5期45卷 817-823页

作者：马泽军李远朱申波程凤敏刘俊岐王利军翟慎强卓宁陈涌海张锦川刘舒曼刘峰奇中国科学院半导体研究所固态光电信息技术实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格是中红外谱段光电子器件的核心结构,其Ⅱ型能带排列特点使电子、空穴在实空间分离而跨过界面,其非公共原子构型使得界面态丰富。我们在Burt-Foreman包络函数理论的基础上,讨论了不同界面态对超晶格电子能态和波函... 详细信息

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格是中红外谱段光电子器件的核心结构,其Ⅱ型能带排列特点使电子、空穴在实空间分离而跨过界面,其非公共原子构型使得界面态丰富。我们在Burt-Foreman包络函数理论的基础上,讨论了不同界面态对超晶格电子能态和波函数的调控作用。理论计算表明,超晶格缓变界面和界面势两种不对称界面态分布,都会导致重空穴带的自旋劈裂,而只有施加界面势时才会使得轻空穴带发生自旋劈裂。此外,研究了改变阱宽和改变势垒时超晶格体系带隙的变化趋势。结果表明,随着势垒厚度增大,陡峭界面和缓变界面两种界面态下的带隙计算结果逐渐降低,并且随着厚度增加带隙趋于收敛,而界面势下的带隙计算结果随着势垒厚度的增大而增大,与前两者呈现相反的趋势,这为中红外超晶格器件的精确设计提供了可参考的理论基础。

关键词：锑化物超晶格界面态前后向差分法

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2×4正方形微腔激光器阵列的激射特性研究

光学学报 2024年

作者：王玮陈幼玲杨珂绳梦伟杨跃德肖金龙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

制备了以四端口直连波导正方形微腔为基本单元的2×4半导体微腔激光器阵列。上下两排正方形微腔均设计为整体电极以简化实验操作。通过测量不同端口处的输出光谱，每个正方形微腔单元的模式得以识别。进一步，通过调节注入电流，可以实... 详细信息

制备了以四端口直连波导正方形微腔为基本单元的2×4半导体微腔激光器阵列。上下两排正方形微腔均设计为整体电极以简化实验操作。通过测量不同端口处的输出光谱，每个正方形微腔单元的模式得以识别。进一步，通过调节注入电流，可以实现模式位置和数量的有效调控。该激光器阵列实现了多路光源的面内集成，为片上大面积集成的微腔激光器提供了可能，并为多端口光源以及全光计算等应用奠定了基础。

关键词：半导体激光器阵列二维集成全光计算模式调控

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激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

红外与激光工程 2024年第4期53卷 23-41页

作者：王新伟孙亮张岳宋博夏晨昊周燕中国科学院半导体研究所光电系统实验室北京100083 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存... 详细信息

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。

关键词：距离选通成像三维成像激光雷达激光相机雷达距离能量相关

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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

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氧化限制型795 nm垂直腔面发射激光器

中国激光 2024年第6期51卷 20-29页

作者：聂语葳李伟吕家纲潘智鹏刘素平马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电... 详细信息

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9μm时,在3~7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。

关键词：激光器垂直腔面发射激光器铷原子钟单模氧化限制层

低远场发散角976 nm基横模脊形半导体激光器

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光学学报 2024年第8期44卷 132-138页

作者：王振诺仲莉张德帅刘素平潘智鹏常津源何天将马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在2... 详细信息

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在25℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽(FWHM)为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角(FWHM)分别为24.15°和3.90°。在15~35℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。

关键词：激光器 976 nm半导体激光器基横模脊形波导低远场发散角非对称大光腔结构

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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 118-129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中国科学院大学材料与光电研究中心

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... 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