太原理工大学Advanced Functional Materials | 半导体光电材料新进展！

文摘 2024-12-31 17:00 上海

FUTURE | 远见

FUTURE | 远见闵青云选编

近日，太原理工大学物理与光电工程学院低维材料与光电器件课题组在纳米光子学研究领域取得重要研究进展，研究成果以「Red-Gree-Blue Light Emission from Composition Tunable Semiconductor Micro-Tripods」为题，发表在国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials（一区TOP期刊，影响因子：18.5）。论文第一署名单位为太原理工大学，硕士研究生宋晓航和徐梓佟为论文共同第一作者，郭鹏飞副研究员和太原科技大学张瑞教授为论文通讯作者。香港城市大学Johnny. C. Ho教授，太原理工大学张虎林教授等参与了研究工作。

图1 | 论文页面截图。

近年来，具有带隙可控的半导体材料因其优异的光电性能成为光子学研究的热点领域，在光电器件应用中具有广阔的前景。然而，基于半导体微纳结构的红-绿-蓝白光发射器件设计，及其显色指数适宜、稳定性高的固态白光光源的设计和研发仍然具有挑战。

图2 | 微型三脚架的红-绿-蓝发射及耦合白光发射。

本文利用II-VI族半导体材料制备了成分可调的微型三脚架结构，实现了室温下具有稳定发射性能的红-绿-蓝发射器件，发光峰分别位于460 nm、508 nm及630 nm处。通过微操作搭建了三脚架末端耦合发光系统，实现了半导体固态白光发射，且位于CIE图中白光发光中心区域。具有高Q因子和低阈值的波长可调激光器，由于光传输过程中的能量损失、腔体的反射能量损失以及增益材料腔体耦合的能量损失，是一个非常具有挑战性和迫切需要解决的问题。我们对成分可调的微型三脚架进行了光学性质（具有明显的波导效应，半高宽窄）、结构特征（表面光滑端面平整且为单晶结构）和稳定性（在激光连续照射及空气和溶液中长时间放置几乎不影响其发光强度）的详细测试，结果表明三脚架结构可以作为激光谐振腔产生低阈值，高品质因子的可调激光。此外，我们还研究并演示了不同尺寸、等效腔长L为6.5 ~ 15.0 μm的微型三脚架的激光振荡。为了阐明尺寸相关的微三脚架受激特性的影响，我们对CdS_0.48Se_0.52微三脚架进行了广泛的测量，结果表明通过增加腔长L (6.5 ~ 15.0 μm)，可以在638.55 ~ 649.45 nm范围内实现波长连续可调。

研究采用CVD法合成了高质量的多组分微纳三脚架结构。基于这些耦合的CdS_0.48Se_0.52、CdS和ZnS微三脚架系统实现了红-绿-蓝白光发射，为芯片集成白光光源研发奠定了基础。此外，这些新型的微尺度三脚架腔在带隙可调微三脚架结构和微尺度激光器的可控合成方面具有显著的优势，为未来的多色激光器、片上白光集成、固态光源和全彩显示提供了新的机遇。微三脚架F-P腔振荡理论模型的建立为纳米光子学器件中高性能多源发射体的设计奠定了基础。

该研究工作得到了国家自然科学基金项目，山西省基础研究计划项目以及山西省研究生教育创新计划项目的资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202403135

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