窄禁带半导体中自旋相关的磁光光谱研究

利用原位掺砷获得高质量非本征P型窄禁带碲镉汞是目前研制中远红外焦平面的关键，但砷在碲镉汞中存在明显补偿特性（两性行为），影响材料体系电子能级结构，进而降低器件光电性能。这种补偿行为多见于理论计算结果，而电学方法难以定量分析。考虑到窄禁带碲镉汞载流子有效质量小、能带明显非抛物性、以及在磁场和低温下红外波段存在相当大磁光现象等特点，本项目拟结合磁－塞曼效应、光调制手段、锁相放大技术和偏振系统，实现极端条件下多维可调的（偏振）调制磁光致发光光谱测试方法，并对窄禁带掺砷碲镉汞外延膜带边结构发生（自旋）朗道分裂后在中远红外波段的磁发光信号进行（选择性）探测，分析砷在窄禁带碲镉汞中因占据不同晶格位置所表现出的磁光动力学过程，研究补偿材料体系中激子态的磁发光机制，获得原位生长碲镉汞中与两性砷相关的补偿杂质存在形式及其电子结构，为优化砷激活工艺参数、制备非本征P型中长波碲镉汞材料及其红外焦平面提供指导。

在本项目支撑下，利用光学测试手段，对窄禁带半导体及其低维结构的光学性质、弛豫机制及其动力学过程进行了测试和研究。通过光谱测试结果优化了窄禁带掺杂碲镉汞的最佳退火条件，从理论上解释了基于常规温度（如 液氮温度 77 K 或室温）吸收谱确定三元合金（碲镉汞）半导体镉组分的结果存在一定误差的原因，并探讨了其与光致发光谱结果在不同温度区间的优劣性，部分结果已发表于《Chinese Physics B》等期刊上，这些研究结果对碲镉汞材料生长及其相关器件的研制具有指导意义；同时，对窄禁带硫化铅半导体材料的低维体系-量子点进行了时间分辨的光致发光谱测试，在观测其微秒量级自发辐射演变规律的同时，首次发现了皮秒级的快速复合过程，结合系统实验研究和理论模型建立，发现该快速复合过程与俄歇复合、多激子产生效应无关，而是来自于量子点体系的受激发射过程，并对该过程的产生条件和影响因素进行了系统的研究，这对于研制玻璃基半导体量子点激光材料十分关键，该结果以快报形式并作为封面文章发表于国际光学顶级期刊《Laser & Photonics Review》；此外，对于铅盐量子点作为近红外波段光源进行了探索，通过对材料及其结构进行设计，初步实现了利用量子点尺寸分布原理的玻璃基铅盐量子点宽带宽近红外光纤光源，部分结果已发表于《Optics Express》。