高质量半导体-超导体纳米线原位分子束外延和低温量子输运研究进展

局域环境和量子比特之间的相互作用引起的量子退相干是目前限制量子计算发展的主要技术瓶颈。基于马约拉纳零能模的拓扑量子计算通过将量子信息非局域地存储于两个空间分离的马约拉纳零能模及其拓扑结构中,实现对局域噪音的免疫,有望从物理层面解决量子退相干问题。强自旋轨道耦合窄禁带半导体与超导体构成的异质结纳米线是研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的理想实验平台。本文综述了近年来高质量半导体-超导体纳米线的原位分子束外延制备和低温量子输运研究进展,并对半导体-超导体纳米线拓扑量子计算研究进行了展望。

基于二维半导体的图像传感器

图像传感器作为获取视觉信息的重要器件,可将感知到的光信号转换为电信号进行输出。目前,基于互补型金属氧化物半导体构建的图像传感器制造技术已相当成熟。然而,在某些特定的应用场景下,对微型化和多功能的图像传感器的需求仍待解决。面对此挑战,结合二维半导体丰富的材料体系及优异的光电特性,以及器件向微型化和多功能化发展的趋势,基于二维半导体的图像传感器在微型化和高集成度方面显示出巨大潜力,为图像传感器领域的发展带来了新机遇。本文首先介绍了二维半导体的带隙特性及其对应的光谱响应波段范围,展示了基于二维半导体的单像素成像技术;接着,阐述了如何利用二维半导体原子排布呈面内各向异性的特征,成功构筑了偏振敏感的图像传感器;最后,探讨了随着大面积二维半导体材料生长技术的不断成熟,如何进一步实现基于二维半导体像素阵列图像传感器的构筑。

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。

半导体物理研究新进展

简要介绍了第 2 6届国际半导体物理会议上一些受到广泛关注的课题 ,它们代表了半导体物理研究领域里的研究热点和前沿工作 ,希望能够为今后的研究工作提供一个参考方向 .

晶格热振动对极性半导体膜中电子-表面声子强耦合极化子自陷能的影响

采用 Huybrechts线性组合算符和变分法 ,讨论了晶格热振动对极性半导体膜中电子 -表面光学 (SO)声子强耦合和电子 -体纵光学 (L O)声子弱耦合体系的影响 ,得到了极化子自陷能随膜厚和温度变化的规律 ,对 Cd F2半导体膜进行了数值计算 ,结果表明 ,Cd F2 极性半导体膜中表面光学声子和体纵光学声子对极化子自陷能的贡献分别在薄膜和宽膜情况下起主导作用 .并且发现 Cd F2 半导体膜中的不同支声子与电子相互作用对极化子自陷能的贡献 ,以及极化子的总自陷能都将随温度的升高而减小 ,这表明晶格热振动将削弱电子

半导体低维结构的压力光谱研究

研究了一些半导体低维结构的压力光谱.测得平均直径为26、52和62nm的In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As量子点发光峰的压力系数分别为82、94和98meV/GPa.表明这些发光峰具有Γ谷的特性,这些量子点为Ⅰ型量子点.而平均直径为7nm的量子点发光峰的压力系数为-17meV/GPa,具有X谷的特性.所以这种小量子点为Ⅱ型量子点.测得ZnS:Mn纳米粒子中Mn发光峰的压力系数为-34.6meV/GPa,与晶体场理论的预计一致.而DA对发光峰基本不随压力变化,表明它应该与ZnS基体中的表面缺陷有关.测得ZnS:Cu纳米粒子中Cu的发光峰的压力系数为63.2meV/GPa,与ZnS体材料的带隙压力系数相同.表明Cu引入的受主能级具有浅受主的某些特点.测得ZnS:Eu纳米粒子中Eu发光峰的压力系数为24.1meV/GPa,与晶体场理论的预计不同.可能和Eu的激发态与ZnS导带间的相互作用有关.

用调制光谱研究半导体体材料及微结构的非线性极化率

提出了用调制光谱信号强度表征半导体体材料及微结构的非线性极化率，研究了测量的原理和方法．

半磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe压力光致发光研究

采用金刚石对顶砧压机,在77K和不同压力下测量了半磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe(x=0.25,0.40,0.60)的光致发光光谱.分别在x=0.25和x=0.40的Cd_(1-x)Mn_xTe和Cd_(0.4)Mn_(0.6)Te中观察到两种不同性质的复合发光。根据发光峰的能量位置及其随压力的变化可以判定在Cd_(0.75)Mn_(0.25)Te和Cd_(0.6)Mn_(0.4)Te中的发光峰对应于带间复合发光,而Cd_(0.4)Mn_(0.6)Te中的发光峰对应于Mn离子3d↓能级到杂化价带的复合发光.

2μm GaSb基大功率半导体激光器研究进展

2μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升,综述和讨论了2μm波段GaSb基激光器结构的发展过程,介绍了目前国内外的研究状况,讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构,分析了其技术优势。指出目前2μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈,并讨论了其发展趋势。

锑化物中红外单模半导体激光器研究进展

锑化物材料因为其天然的禁带宽度较小的优势,是2~4μm波段半导体光电材料和器件研究的理想体系。近年来,国内外在锑化物大功率半导体激光器方面的研究取得了很大的进展,实现了大功率单管、阵列激光器的室温工作。然而,由于锑化物材料与常见的半导体单模激光器制备工艺的不兼容性,只有少数几个研究单位和公司掌握了锑化物单模激光器的制备技术。文中介绍了锑化物单模激光器常用的侧向耦合分布反馈激光器的基本原理,分析了其设计的关键技术,回顾了锑化物单模激光器的设计方案和制备技术,并针对国内外锑化物单模激光器主要研究内容进行了总结。

2~4μm中红外锑化物半导体激光器研究进展(特邀)

2~4μm波段是非常重要的红外大气窗口,工作在这个波段的激光器在气体检测,医疗美容和工业加工领域具有十分巨大的应用价值。锑化物半导体材料低维结构具有窄禁带直接跃迁发光的独特优势,是实现中红外波段半导体激光器的理想材料体系。近年来,国内外锑化物半导体激光器研究不断取得重要进展,先后实现了量子阱发光的波长拓展、大功率单管和阵列激光器的室温连续激射,也实现了多波段的单模激光器的室温连续工作。锑化物半导体低维材料组分复杂、界面钝化性质特殊,材料外延和工艺制备技术难度较大。文中从锑化物半导体激光器的基本原理出发,综述了国内外研究现状,介绍了锑化物材料低维结构激光器的设计方案、关键制备技术的主要进展,分析了今后该类激光器性能优化的重点研发方向等。

低维半导体偏振光探测器研究进展

偏振光探测在遥感成像、环境监测、医疗检测和军事设备等领域都具有很好的应用价值,目前已经有一系列偏振探测和成像产品.随着信息器件进一步小型化、集成化,基于新型低维材料的偏振光探测器可以直接利用材料本征的各向异性对偏振光进行感知,在未来偏振光探测领域有很好的应用前景.很多二维/一维半导体材料,例如:黑磷, ReS2, GaTe, GeSe, GeAs 及 ZrS3 等,都具有较强的本征面内各向异性,可以用于高性能偏振光探测器.基于此类低维半导体材料设计的不同结构类型的偏振光探测器已经覆盖了紫外、可见以及红外等多个波段.本文总结了近年来相关领域的研究进展和我们课题组的一些工作.

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器的研究进展(特邀)

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器(OP-SDLs)可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出,是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理,综述了2μm波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展,讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题,评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。

半导体量子点中强耦合磁极化子的性质

采用线形组合算符和么正变换研究了磁场对半导体量子点中强耦合磁极化子基态的影响 .结果表明 ,磁极化子束缚能、磁极化子振动频率随有效束缚强度增大而减小 ,随电子 -体纵光学声子耦合强度增大而增大 ,随磁场强度增大而增大 ,即均由于半导体量子点的受限和磁场的增大而使量子点的极化加强 。

2μm锑化物半导体激光器光纤输出模块

锑化物作为窄带隙半导体材料,禁带宽度覆盖了1.5~5μm波段,是中红外波段半导体激光器理想的材料体系,利用锑化物半导体激光器产生短波红外(2μm)激光是目前的研究热点,可为红外激光对抗、生物显微镜、医学照明、塑料焊接等提供优质光源。笔者团队与中国科学院半导体研究所合作,自2017年以来开展了2μm波段锑化物半导体激光器技术及其应用研究。最近,研究组利用石英光纤透镜直接耦合0.5 W激光芯片获得了0.28 W的短波红外激光输出。

分布布拉格反射器(DBR)对半导体微腔一些特性的影响

从光学传输矩阵方法出发 ,研究了分布布拉格反射器 (DBR)生长顺序的不同对半导体平面微腔中电场振幅极大值位置及整个微腔选频特性的影响 ;同时指出了 DBR对于λ0 / 2和λ0

长/长波双色二类超晶格红外探测器研究

报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术,获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术,制备出像元中心距30μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连,采用杜瓦封装,与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7μm(波段1)和10.0μm(波段2)。波段1平均峰值探测率达到8.21×10^(10)cm·W^(-1)·Hz^(1/2),NETD实现28.8 mK;波段2平均峰值探测率达到6.15×10^(10)cm·W^(-1)·Hz^(1/2),NETD为37.8 mK,获得了清晰的成像效果,实现长/长波双色探测。

半导体中的激子-声子耦合:基本理论

半导体的物理性质很大程度受到激子-声子耦合的影响,共振拉曼光谱是一种研究激子-声子耦合的有力手段。文中首先介绍固体中的元激发(电子、声子、激子)以及电子(激子)-声子相互作用。随后介绍激子-声子相互作用对拉曼选择定则的影响,二维层状材料的层间振动模式,以及与电子-声子耦合相关的黄昆因子的理论。最后,介绍了基于激子-声子耦合的声子辅助荧光上转换光制冷和光学声子的可分辨边带拉曼制冷的基本理论。

1967~2033 nm波段硅基可调谐外腔半导体激光器设计与仿真

2μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅(SOI)平台,对2μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐,对单个微加热器施加3.2 V电压时,调谐范围可达66 nm(1967~2033 nm)。

GaAs/Al_xGa_(1-x)As和Al_xGa_(1-x)As/AlAs超晶格的喇曼散射对比研究

报道不同层厚的ＡｌＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ及ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ短周期超晶格的纵光学声子模的室温喇曼散射测量结果．在非共振条件下，观察到ＡｌＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ中限制在ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ混晶层中的类ＧａＡｓＬＯ限制模和限制在ＡｌＡｓ层中的ＡｌＡｓＬＯ限制模，还观察到ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ中限制在ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ混晶层中的类ＡｌＡｓＬＯ限制模和限制在ＧａＡｓ层中的ＧａＡｓＬＯ限制模．在近共振条件下，还观察到了ＡｌＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ中ＡｌＡｓ的界面模．根据线性链模型，把测量的ＬＯ限制模的频率按照ｑ＝ｍｎ＋１２πα０展开，给出了ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ混晶的类ＡｌＡｓ支和类ＧａＡｓ支光学声子色散曲线．