二维半导体红外光电探测器研究进展（特邀）

红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。近年来,以二维材料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限,是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点,介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法;进一步,针对二维材料其尺寸效应引起的光利用率低或量子效率低的问题,提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法;最后列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索,展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力与前景,为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。     

等离激元微腔耦合长波红外量子阱高消光比偏振探测器（特邀）

长波红外偏振探测器能够大幅提升对热成像目标的识别能力。受制于衍射极限的物理限制,目前的微线栅偏振片型长波红外偏振探测器的偏振消光比基本上只能做到最高10∶1左右。文中采用金属/介质/金属的等离激元微腔结构,将量子阱红外探测激活层相嵌在微腔之中。由于上、下金属之间的近场耦合形成了在双层金属区域的横向法布里-珀罗共振模式,构成等离激元微腔。文中利用微腔的模式选择特性及其与量子阱子带间跃迁的共振耦合,将量子阱子带跃迁不能直接吸收的垂直入射光耦合进入等离激元微腔并转变为横向传播,从而能够被量子阱子带吸收,实现了在长波红外13.5 μm探测波长附近偏振消光比大于100∶1的结果。相关工作为发展我国高消光比长波红外偏振成像焦平面提供了全新的物理基础和技术路径。     

InGaAs/GaAs量子阱双光束发光研究

本文报道采用双光束光致发光手段研究Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＧａＡｓ本征样品及４种不同位置δ掺杂样品．观察到了由ＨｅＮｅ激光导致的激光强度随附加的第二束激发光（白光）强度变化而演变的现象．实验结果显示,未掺杂样品的光致发光增量较大;单边、双边掺杂样品的光致发光强度变化趋势一致;而阱中中心掺杂、界面掺杂样品随着白光强度的增强出现饱和趋势．应用光生载流子从表面到阱中在不同样品中的输运过程和辐射复合与非辐射复合的机制解释了上述现象     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

抛物线型衬底InGaN/GaN发光二极管的模拟研究

针对发射到衬底中的光子,提出了一种具有抛物线型衬底结构的InGaN/GaN发光二极管,并对平面衬底和抛物线型衬底InGaN/GaN发光二极管的光子运动轨迹、发射功率角度分布和外量子效率进行了模拟计算.结果表明:相对于平面衬底发光二极管,抛物线型衬底发光二极管可以充分利用发射到衬底中的光子,使其正向光子发射功率增加12.6倍,外量子效率提高1.22倍,同时具有发射准平行光的功能.     

β-Ga2O3及Cr掺杂β—Ga2O3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明：单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）下的晶格常数和带隙与实验值基本相符，其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近；β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定，但带隙比α—Ga2O3略小；Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小，费米能级处的态密度不为零，即变为半金属。     

宽带消色差红外光学超构透镜研究进展（特邀）

超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。超构表面能够在亚波长尺度上操控光场的振幅、相位、色散和偏振态,是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制,入射光场可以完美地被调制到设计的衍射级次上,从而确保了超构表面器件具有高的光子调控效率。同时,超构单元在设计上的灵活性及其特定的电磁响应使得超构表面可以实现对光场多个维度的定制化操控。不同于传统光学透镜依赖光传播的相位累积效应,宽带消色差超构透镜通过对光场相位和相位色散的同时独立调控解决了传统通过级联多个透镜修正色差造成的光学系统复杂和体积庞大限制,为发展小型化片上集成光学提供了全新的思路。文中围绕超构透镜的相关研究,首先介绍了超构表面调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾了近年来关于超透镜的研究发展,包括通过单一参量调控的单波长超透镜的实现,以及通过对光场偏振、相位及相位色散的多参量联合调控的多功能宽带消色差超构透镜的发展现状,最后讨论其进一步发展的可能挑战与应用前景。     

几种掺杂浓度的GaAs表面Si-δ掺杂结构研究

本文利用了光调制光谱（ＰＲ），原位测量了ＧａＡｓ（００１）表面Ｓｉ－δ掺杂结构样品，研究了不同掺杂浓度对Ｓｉ－δ掺杂相关的光谱结构的影响，观察到了Ｓｉ－δ掺杂结构中，价带连续态到导带半Ｖ－形势阱中子带的跃迁，观察到该跃迁相随掺杂浓度增加先向高能移动，而后达到饱和．用简单的三角势模型，在理论上计算了面掺杂浓度２．４×１０１４ｃｍ－２时，半Ｖ－形势阱中子带的能级位置，波函数的分布及光吸收系数，与实验结果相一致．     

(111)方向的InAs/GaSb超晶格材料电子结构的杂化泛函计算

采用电子密度泛函理论方法计算了一系列（111）方向的InAs/GaSb超晶格的电子结构和能带结构。将杂化泛函的计算结果与普通密度泛函方法的计算结果进行了比较。Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE)杂化与对固体修正的Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)近似结合的杂化泛函显示了较传统PBE方法和若干其他杂化泛函更符合实验数据的结果。采用该方法研究了InAs/GaSb超晶格的带隙随超晶格周期厚度以及InAs/GaSb比例变化的规律。其结果与以往实验结果符合很好。这些结果表明HSE-PBEsol方法对于估计InAs/GaSb超晶格的电子性质适用。     

多维度红外光电探测器

红外光电探测器可以获取目标反射和自发的红外辐射,具有抗干扰性强、全天候观测、探测距离远、分辨率高等优点,在国防、通信、遥感、航天等领域中扮演着不可替代的角色.从20世纪40年代第一代低像素探测器的应用到90年代末第三代SWaP3概念的提出,红外光电探测器正经历着变革性发展.专注于阵列规模、灵敏度、分辨率等性能指标提高的...