1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心&光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 都柏林圣三一学院 物理学院，爱尔兰 都柏林
基于光学微谐振腔的自参考耗散克尔孤子(Dissipative Kerr Solitons, DKSs)有广泛的应用，如频率合成器、相干通信、天文光谱仪校准、精密测量、光学时钟、双梳光谱学等。倍频程DKS已在氮化硅和铌酸锂微谐振腔中实现，笔者提出了一种在氮化铝(AlN)微环谐振腔中通过单一泵浦直接产生倍频程DKS的简单方案。通过将两个谐振频率相近的模式TE00 和TE10分别作为泵浦谐振和辅助谐振模式，红失谐侧的辅助模式TE10可以有效地平衡孤子形成过程中的热拖曳效应。慢速扫描泵浦光波长可获得稳定的倍频程展宽的孤子梳，带宽为1100~2300 nm，孤子存在范围最大为10.4 GHz(83 pm)。这是首次在AlN平台上获得倍频程展宽的克尔光孤子。该方案在单一泵浦源下就可以获得稳定的倍频程光孤子以及宽的孤子访问窗口，不同于其他方案需要额外引入复杂的控制手段和设备。
微环谐振腔 四波混频 倍频程光频梳 光孤子 microring resonator four-wave mixing octave-spanning optical frequency comb optical soliton 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220311
Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, University of California San Diego, La Jolla, CA 92037, USA
3 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
The AlGaN-based deep ultraviolet (DUV) light-emitting diode (LED) is an alternative DUV light source to replace traditional mercury-based lamps. However, the state-of-the-art DUV LEDs currently exhibit poor wall-plug efficiency and low light output power, which seriously hinder their commercialization. In this work, we design and report a tunnel-junction-cascaded (TJC) DUV LED, which enables multiple radiative recombinations within the active regions. Therefore, the light output power of the TJC-DUV LEDs is more than doubled compared to the conventional DUV LED. Correspondingly, the wall-plug efficiency of the TJC-DUV LED is also significantly boosted by 25% at 60 mA.
deep ultraviolet LED tunnel junction wall-plug efficiency AlGaN Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 082503
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
多量子阱红外探测器是一种新型的利用子带跃迁机制的探测器件，具有非常高的设计自由度。GaN/Al(Ga)N量子阱由于大的导带带阶，超快的电子驰豫时间，超宽的红外透明区域以及高的声子能量，使得其成为继GaAs量子阱红外探测器之后又一潜在的探测材料结构。文中详细综述了国内外关于GaN基量子阱红外子带吸收及其探测器件的研究进展。首先介绍了量子阱红外探测器的工作原理及其选择定则，接着从极性GaN基多量子阱、非极性或半极性GaN基多量子阱以及纳米线结构GaN基多量子阱三个方面回顾当前GaN基多量子阱红外吸收的一些重要研究进展，包括了从近红外到远红外甚至太赫兹波段范围的各种突破。最后回顾了GaN基多量子阱红外探测器件的研究进展，包括其光电响应特性和高频响应特性，并对其未来的发展进行总结和展望。
GaN 量子阱 红外探测器 子带跃迁吸收 GaN quantum well infrared photodetector intersubband transition absorption 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211020
华中科技大学,武汉光电国家研究中心，武汉 430074
深紫外光源在杀菌消毒、生化检测、紫外固化、紫外通信等方面具有巨大的应用前景，基于AlGaN半导体的深紫外发光二极管(LED)因具有无毒、体积小、能耗低、寿命长、波长可调等优势，得到了广泛的关注和研究。经过近二十年的研究开发，AlGaN基深紫外LED无论是发光效率和器件寿命都得到了巨大的提升，已逐步开始商业化。然而，相对于GaN基蓝光LED，目前AlGaN基深紫外LED的效率仍旧非常低，还有很大的提升空间。本文首先介绍了深紫外LED的发展现状，并分析了导致器件效率低的原因。然后，分别从内量子效率、光提取效率以及电光转换效率三个方面对目前AlGaN基深紫外LED的研究状况进行了系统的回顾，总结了目前提高发光效率的各种手段和方法。最后对AlGaN基深紫外LED的未来发展进行了展望。
深紫外LED 内量子效率 光提取效率 电光转换效率 AlGaN AlGaN deep ultraviolet light emitting diode internal quantum efficiency light extraction efficiency wallplug efficiency
南昌大学教育部发光材料与器件工程研究中心, 南昌 330047
采用常压金属有机物化学气相沉积技术(APMOCVD),以二乙基锌(DEZn)为Zn源,去离子水(H2O)为氧源,N2作载气,在外延ZnO薄膜的反应气氛中通入少量氢气,在cAl2O3衬底上生长出了ZnO∶H薄膜。用X射线双晶衍射和光致发光谱对ZnO∶H薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果表明,ZnO∶H薄膜(002)和(102)面的Ω扫描半峰全宽分别为46.1 mrad和81.4 mrad,表明该薄膜具有良好的结晶性能；室温下,ZnO∶H薄膜具有较强的紫外光发射(380 nm),在低温10 K光致发光谱中观测到位于3.3630 eV处与氢相关的中性施主束缚激子峰(I4)及其位于3.331 eV处的双电子卫星峰(TES)。采用退火的方法,通过观测I4峰的强度变化,研究了氢在ZnO∶H薄膜中的热稳定性。发现随着退火温度的升高,I4峰的强度逐渐减弱,表明在高温下退火,氢会从ZnO薄膜中逸出。
薄膜光学 氧化锌 氢 常压金属有机物化学气相沉积 光致发光
南昌大学教育部发光材料与器件工程研究中心, 南昌 330047
在Si衬底上利用磁控溅射的方法沉积1.5 nm厚度的Ag膜用以阻挡Si衬底被氧化。采用常压金属有机化学气相沉积法(MOVCD),在Ag/Si(111)衬底上成功地生长出马赛克结构的ZnO薄膜。用光学显微镜观察表面形貌,结果显示有带晶向特征的微裂纹,裂纹密度为100 cm-1。依据X射线晶体衍射的结果,薄膜结晶质量良好,呈C轴高度择优取向。用双晶X射线衍射得到(002)面的ω扫描半峰宽为1.37°。温度10 K时光致发光谱(PL)观察到自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。结果表明,金属有机化学气相沉积法方法在Si(111)衬底上制备ZnO薄膜时,Ag是一种有效的缓冲层。
薄膜光学 氧化锌 Si衬底 金属有机化学气相沉积法
南昌大学教育部发光材料与器件工程研究中心, 南昌 330047
采用常压金属有机化学气相沉积(AP-MOCVD)技术、三步生长法,分别以H2O和N2O为氧源,DEZn为Zn源,N2作载气,在c-Al2O3衬底上生长出了晶体质量较好的ZnO薄膜。用X射线双晶衍射(DCXRD)和光致发光谱对ZnO薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果显示,ZnO倾斜对称面(10-12)的ω扫描半峰全宽为350″,表明ZnO薄膜结晶性能良好;低温10 K光致发光谱结果表明,N2O为氧源生长的ZnO膜和H2O为氧源生长的ZnO膜的发光特性明显不同,没有观察到与氢有关的中性施主束缚激子对应的3.331 eV双电子卫星峰(TES)。这一结果表明,用N2O为氧源生长的ZnO薄膜中不易引进氢杂质。
薄膜光学 双电子卫星峰 光致发光 常压有机金属化学气相沉积
南昌大学材料科学研究所教育部发光材料与器件工程研究中心, 南昌 330047
用常压金属化学气相沉积法(MOCVD)在Si(111)衬底上制备了马赛克结构ZnO单晶薄膜。引入低温AlN缓冲层以阻止衬底氧化、缓解热失配和晶格失配。薄膜双晶X射线衍射2θ/ω联动扫描只出现了Si(111)、ZnO(000l)及AlN(000l)的衍射峰。ZnO/AlN/Si(111) 薄膜C方向晶格常量为0.5195 nm，表明在面方向处于张应力状态;其对称(0002)面和斜对称(1012)面的双晶X射线衍ω摇摆曲线半峰全宽分别为460″和1105″;干涉显微镜观察其表面有微裂纹，裂纹密度为20 cm-1;3 μm×3 μm范围的原子力显微镜均方根粗糙度为1.5 nm;激光实时监测曲线表明薄膜为准二维生长,生长速率4.3 μm/h。低温10 K光致发光光谱观察到了薄膜的自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。所有结果表明，采用金属化学气相沉积法并引入AlN为缓冲层能有效提高Si(111)衬底上ZnO薄膜的质量。
薄膜光学 ZnO/AlN/Si薄膜生长 常压金属化学气相沉积法 在线监测 结构性能 光致发光
