近期,中国科学院物理研究所E03组的博士生王文奇、吴海燕、杨浩军以及王禄、马紫光、江洋副研究员在陈弘研究员的指导下,与刘伍明研究员课题组合作,采用共振激发光致发光谱技术(即采用介于低维材料和其势垒的禁带宽带的激光能量,只选择性激发低维材料中的电子和空穴,而不在势垒中形成光生载流子),在InGaN量子阱,InGaAs量子阱,InAs量子点等多个材料体系中均观察到了在PN结作用下的载流子高效逃逸现象。 如图1所示,在无PN结的NIN结构中(非掺杂I区由10个周期的InAs/GaAs量子点结构组成),即使存在较高的外加偏压载流子仍不能逃逸限制势垒,只能通过辐射复合的方式发光。而在另一个测试样品中,仅将NIN结构中的一个N型掺杂区改变为P型掺杂区,形成了含有PN结的PIN结构。在同样的共振激发光致发光谱测试实验中,在零偏压短路情况下,实验观察到超过85%的载流子不再参与发光。与此同时,电路中观察到了明显的光电流产生。通过在电路中串联一可变电阻调整电路电流发现,电路中电流与量子点发光积分强度呈现线性反比关系,直接证实了量子点中形成的光生载流子形成了光电流。此外,通过对样品光电转换效率的计算,推算出该样品中材料吸收系数存在数量级程度的增加。 上述发现不仅为低维半导体材料应用于光伏领域提供了理论基础,还为高温工作红外探测器的研制提供了一条新的技术路线。 GaAs基InAs量子点和InGaAs量子阱体系中该现象的报道,发表于近期出版的中国物理B(Chin. Phys. B Vol. 25, No. 9, 2016 097307)和中国物理快报(CHIN. PHYS. LETT. Vol. 33, No. 10, 2016, 106801)上,GaN基InGaN量子阱中的实验现象将发表于近期出版的中国物理B(Chin. Phys. B, in press)。基于该工作,项目组已经申请了中国发明专利一项,并提交了日本和美国的发明专利各一项。 |
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