登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《用直流电流泵浦技术实现的胶体量子点的光增益》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-11-29

  • 化学合成的半导体量子点(QDs)有可能使可溶解可加工的激光二极管具有广泛的操作波长，然而，从量子点上发射的演示仍在实验室阶段。一个重要的挑战-实现激光注入-仍未解决，很大程度上是由于快速无辐射的Auger重新组合在QDs中代表有收益的物种的多载波。本文介绍了用直流电泵技术实现的纳米胶体纳米晶体的粒子数反演和光增益。利用连续分级QDs，我们实现了对螺杆衰减的相当大的抑制，使其可以通过电注入来实现。进一步,我们应用一个特殊聚焦电流设备架构,使我们能够产生高电流密度(j)到∼18厘米−2不破坏量子点或注入层。致发光和current-modulated透射光谱的定量分析表明,与j = 3 - 4厘米−2我们实现粒子数反转带边沿。

    ——文章发布于2017年11月20日

227浏览量
原文链接
相关报告

  • 《首次实现电驱动胶体量子点受激发射的光放大》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-07-17
    • 二十多年来，研究人员一直在尝试通过电泵浦实现胶体量子点激光，毕竟这是其在实际技术中广泛应用的先决条件。虽然传统的激光二极管在电激发下可以产生单色性比较好的相干光，并在实际生活中广泛应用。但它们也有不足之处，比如可扩展性有待提高、发光波长的带宽有待增加以及不易于硅技术兼容，这些因素限制了它在微电子领域的应用。上述问题使得人们在高度灵活和易于扩展的解决方案领域寻找替代品——可加工材料。 因此，化学制备的胶体量子点因其成本低廉、可扩展性强、光学增益阈值低、热稳定性好和发光波长可调谐的优点逐渐走进科学家的视野。 然而，目前仍存在多种挑战阻碍该技术的发展，包括增益有源多载流子态的快速俄歇复合，激光所需的高电流密度下纳米晶体膜的稳定性差以及在复杂的电驱动器件中难以获得净光学增益等。 为了解决这些问题，经过多年努力，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员成功利用基于溶液制造半导体纳米晶体的电驱动装置实现了光放大。其中半导体纳米晶体是通过化学合成制成的微小半导体物质，通常被称为胶体量子点。这项研究为制作一种全新的电泵浦激光设备——高度灵活、溶液可加工的激光二极管奠定了基础。人们通过该技术可以在任何晶体或非晶体衬底上制备，而不需要复杂的真空生长技术或高度控制的洁净室环境。 图 ccg-QDs的光学和光电特性 实验室研究员、量子点研究计划的负责人Victor Klimov表示，通过电驱动胶体量子点实现光放大的能力，已经从他们之前几十年对纳米晶体合成、其光物理性质以及量子点器件的光学和电学设计的研究中出现。他们所设计的“成分渐变”型胶体量子点具有光学增益寿命长、增益系数大以及激光阈值低等特性，这些特性使得其成为一种完美的激光材料。利用溶液制造纳米晶体实现电驱动光放大的方法可能有助于解决在同一硅芯片上集成光子和电子电路的长期挑战，并有望推进照明、显示、量子信息、医疗诊断、化学传感等领域的发展。 然而实现电驱动胶体量子点激光仍需要解决许多技术难题。量子点不仅需要发光，还需要通过受激发射使产生的光子倍增。通过将量子点与光学谐振器相结合，使发射的光往复通过增益介质，这种效应可以转化为激光振荡或激光。 在量子点中，受激发射与非辐射俄歇复合存在竞争，这是目前激光材料的主要挑战。因此，洛斯阿拉莫斯团队设计了一种非常有效的方法，通过在量子点内部引入精心设计的成分梯度来抑制非辐射俄歇复合，从而促进受激辐射的实现。 与此同时，要想实现激光出射，还需要非常高的电流密度，但这有可能对设备造成损害。洛斯阿拉莫斯主任、该项目主要负责人Namyoung Ahn表示，一个典型的量子点发光二极管在电流密度不超过每平方厘米1安培的情况下工作，激光的实现通常需要每平方厘米几十到几百安培，这有可能会使设备过热而发生故障，该问题一直阻碍电泵浦激光的实现。 为了解决过热问题，该团队将电流限制在空间和时间域中，最终减少了产生的热量，同时改善了与周围介质的热交换。他们在器件堆栈中加入了一个带有小电流聚焦孔径的绝缘中间层，并使用短电脉冲(持续时间约为1微秒)来驱动LED。最终该器件的电流密度高达每平方厘米约2000安培，足以在多个量子点光学跃迁之间产生强大的宽带光学增益。 实验室博士后研究员Clément Livache表示，更深层的挑战则是在包含各种电荷导电层的完整LED器件中实现光学增益和光学损耗之间的平衡。为此，他们在器件中增加了一堆介电双层，形成了所谓的分布式布拉格反射器。使用布拉格反射器作为底层衬底，研究人员能够控制电场在器件上的空间分布，并对其进行调制，从而降低光学损耗电荷导电层中的场强度，并增强量子点增益介质中的场强度。 通过这些创新，该团队最终实现了学术界几十年来追求的目标——电泵浦胶体量子点的放大自发发射(ASE)。ASE型量子点LED可以用作窄带光源，在显示器、投影仪、成像等领域具有很高的应用价值。目前，研究团队正致力于用电泵浦量子点实现激光振荡，以及器件的光谱覆盖范围，重点是红外波长范围内的电驱动光放大。
    162浏览量
    原文链接

  • 《利用带电的半导体量子点对零阈值光学增益》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2017-11-09
    • 胶体半导体量子点是实现可溶解性激光的有吸引力的材料。然而，它们作为光学增益介质的应用由于带边缘状态的非统一退化而变得复杂，因为需要多激子来达到激光的状态。这增加了激光的阈值，并导致非常短的光学增益寿命限制在非辐射螺旋。在这里，我们证明了这些问题至少可以通过使用非中性但带负电荷的量子点来得到部分解决。通过将光掺杂应用于经过特殊工程的量子点，从而使螺旋腐蚀衰减，我们证明了由于现有载波抑制了基态吸收而使光学增益阈值大大降低。此外，通过平均每点注入约1个电子，我们得到了超过两倍的还原自发辐射阈值，将其带入亚单激子能级。这些测量结果表明，通过两个电子完全阻断带边缘状态，可以实现“零阈值”的可行性。 ——文章发布于2017年10月16日
    76浏览量
    原文链接