Klimov團隊Nature力作：開啟半導體量子點激光電泵浦時代

NSCD 2個月前 (05-21) 777瀏覽

  • 【導讀】

半導體量子點具有合成簡單、吸收截面大、發光效率高、易于集成等得天獨厚的優勢，是新型激光器增益介質最有潛力的候選者。目前，基于量子點的激光仍停留在光泵浦階段，大大限制了其實際應用。通過抑制量子點本身的快速俄歇弛豫同時降低整個器件的光損耗是獲得電泵浦量子點激光從而實現量子點激光應用潛力的關鍵。

  • 【成果掠影】

近日，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Klimov團隊在Nature上發表了新的研究論文，通過構建具有近連續組分分布的CdSe/Cd1?xZnxSe/ZnSe0.5S0.5/ZnS的核殼量子點并結合新型的器件結構設計，在電泵浦條件下成功觀察到了放大自發輻射（ASE）。在本研究中，作者首先闡明了要實現電泵浦量子點激光所需解決的兩個挑戰：量子點的快速俄歇弛豫和器件的光損耗。基于以上分析，作者首先合成了具有漸變殼層結構的量子點（ccg-QDs），顯著抑制了多激子條件下的俄歇復合，所得到的量子點雙激子壽命長達1.9 ns，量子效率達到38%。此外，較低的殼層厚度，有助于增大量子點的排布密度從而增大了增益系數。在此基礎上，作者將分布式布拉格反射器（DBR）與傳統二極管結構集成，從而獲得布拉格反射波導（BRW）。利用該結構可以將光場限制在量子點增益層，同時減小了導電層中的光損耗。通過以上兩個方面的工作，作者成功在電泵浦的條件下獲得了發射峰位于1.94 eV和2.09 eV的分別屬于1S和1P能級向基態躍遷的窄帶ASE發射。這兩個發射峰的峰值位置與光泵浦情況下相同且發光強度隨電荷注入水平的提升表現出ASE特征的超線性增長。

相關研究文章以“Electrically driven amplified spontaneous emission from colloidal quantum dots”為題發表在Nature上。

  • 【核心創新點】

利用成分漸變核殼結構量子點低的俄歇弛豫并結合具有低光損失的器件設計成功獲得了電泵浦量子點放大自發輻射。

  • 【數據概覽】

圖1??ccg-QDs的光學和電致發光特征 ?2023 Springer Nature

圖2?參考器件和BRW器件中的光波導模式 ?2023 Springer Nature

圖3?BRW結構中的電泵浦ASE ?2023 Springer Nature

圖4?BRW器件的輸出特征??2023 Springer Nature

  • 【成果啟示】

綜上，獲得電泵浦量子點ASE具有重要意義，若能將現有器件與光學諧振腔結合，將最終獲得電泵浦量子點激光器。

 

原文詳情：Electrically driven amplified spontaneous emission from colloidal quantum dots, Nature, 2023, 617, 79-85.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05855-6

 

本文由NSCD供稿。 ???

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