1 中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海空间电源研究所，空间电源技术国家重点实验室，上海 200245
3 中国科学院大学，北京 100049
现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和，鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现，InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射，而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明，采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外，由于生长过程中持续的高温热处理，III-V族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象，提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场，并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下，开路电压提升到997.5 mV，与传统采用InP背场的双结太阳电池相比，开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。
背场 InGaAsP/InGaAs双结电池 开路电压 超晶格 Back-surface field InGaAsP/InGaAs dual-junction open-circuit voltage superlattice
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200048
2 上海空间电源研究所, 上海 200245
3 中国科学院大学, 北京 100049
Ⅲ-Ⅴ族太阳电池效率的持续提升要求对能量转换材料的带隙宽度进行更细致划分, 以实现对全光谱的高效利用。在短波红外波段, 四元InGaAsP混晶材料因在带隙宽度和晶格常数的调节上具有很好的可操作性, 是一种极具潜力的短波红外光电转换材料。本文对InGaAsP材料生长及子电池器件制备进行了研究, 通过时间分辨荧光光谱、高分辨X射线衍射等表征手段对室温下晶格失配的InGaAsP材料进行了测试分析。实验结果表明, 在一定程度负失配生长条件下, InGaAsP材料质量随着负失配程度逐渐提高。在后续电池制备过程中, 一定程度负失配同样有助于电池器件性能提升, 制备的单结电池开路电压由晶格匹配时的633 mV提高到负失配条件下的684 mV, 从而为高效多结太阳电池的应用提供了新的技术路线。
晶格失配 太阳电池 lattice-mismatch InGaAsP InGaAsP MOCVD MOCVD solar cell
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40 nm、掺杂浓度为2×10
18 cm
-3时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60 nm、掺杂浓度为4×10
17 cm
-3时,器件的开关比最大。
探测器 暗电流 阻挡层 能带图
1 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
分别采用液相外延瞬态法的两种不同模式--步冷法和超冷法生长了GaAs0.9Sb0.1薄膜。采用X射线衍射谱、扫描电镜、拉曼光谱仪研究了GaAs0.9Sb0.1薄膜的晶体结构、截面形貌和发光性能等。研究结果表明：与超冷法相比，步冷法生长外延薄膜的速率更加缓慢，但薄膜晶体结构的质量更高、界面更平滑；两种不同液相外延模式生长的GaAs0.9Sb0.1薄膜的光致发光性能差别不大。
薄膜 液相外延 步冷法 超冷法 GaAs0.9Sb0.1薄膜 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111602
中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海 200083
采用液相外延方法在InAs衬底上制备了InAs0.94Sb0.06外延薄膜.分别通过高分辨率X射线衍射谱和扫描电子显微镜测试对样品的结构特性和截面形貌进行表征分析,外延薄膜的晶体质量较好.利用样品在3 000～6 000 nm波段内的椭圆偏振光谱,结合介电函数模型,拟合得到了室温下InAs衬底和InAs0.94Sb0.06薄膜位于禁带位置附近的的折射率和消光系数光谱.由禁带位置附近的折射率能量增强效应确定InAs0.94Sb0.06薄膜的禁带宽度为0.308 eV.
液相外延 铟砷锑薄膜 红外椭偏 光学性质 liquid phase epitaxy InAs0.94Sb0.06 film infrared spectroscopic ellipsometry optical property
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室 ，上海200083
2 英国兰卡斯特大学 物理系，英国 兰卡LA1 4YB, UK
采用改进的快速推舟液相外延技术在GaAs衬底上成功地生长了GaSb量子点材料.通过原子力显微镜观测了不同生长参数下GaSb量子点材料的形貌(形状、尺寸、密度、尺寸分布均匀性等).分析了不同衬底、不同生长源配比、生长源与衬底的不同接触时间等生长条件参数对GaSb量子点生长的影响.研究表明在 GaAs衬底上、富镓生长源配比以及较短的生长源和衬底接触时间下更易获得高质量的GaSb量子点.上述生长条件的摸索和研究对于GaSb量子点器件应用具有重要意义.
GaSb量子点 二类量子点结构 液相外延 原子力显微镜 GaSb quantum dots type-II QDs structure Liquid Phase Epitaxy atomic force microscopy
1 上海大学 理学院 物理系，上海 200444
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室， 上海 200083
利用太赫兹时域光谱技术，研究了亚波长金属块阵列的太赫兹透射光谱特性及金属阵列结构的周期、金属块尺寸等因素对太赫兹透射特性的影响.结合时域有限差分方法，对实验结果进行了数值模拟，并分析了影响太赫兹透射的因素.结果表明：亚波长金属块阵列结构中，THz波的透射极小的位置由金属块的尺寸和周期决定，其透射谷的半高宽随其周期的增大而减小；透射峰值的位置由阵列的周期结构决定，其频率随周期的增加而减小；亚波长金属块结构的透射极小来源于金属块表面局域化电场等离子体的本征频率反射，该局域化电场与金属块结构密切相关，通过改变金属块结构，可以改变其表面电场分布与局域化.研究结果为研制太赫兹波段带阻滤波器提供了有益的参考.
太赫兹 亚波长微结构 表面等离子体共振 Terahertz Subwavelengh structures Surface plasmon resonance
中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083
将少量氮原子加入III-V族半导体后可引起能带减小，因此这种方法可以用来实现能带结构裁剪。这种新型稀氮化物显示出了奇特的物理性质，并且具有应用 于新型光电器件的潜力。特别是，备受关注的稀氮InAsN和InSbN在中长波红外光电材料上具有巨大的应用价值，并将在中长波红外器件应用领域发挥重要的作用。
稀氮III-V族半导体 中长波红外器件 dilute nitride III-V semiconductor InAsN InAsN InSbN InSbN medium-long wave infrared photoelectric device
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
利用移动加热区方法(THM)生长了不同Cd组分的Hg1-xCdxTe晶体，通过傅立叶光谱仪和太赫兹时域光谱系统，研究了不同Cd组分Hg1-xCdxTe晶体在红外波段和太赫兹波段的透射光谱.当Cd组分小于0.279时,Hg1-xCdxTe材料在0.2~1.5 THz波段透过率接近0.在0.9 THz附近观察到Hg1-xCdxTe晶体的TA声子振动模式.利用德鲁德(Drude)模型对实验值进行拟合，得出组分x=0.388和0.326的Hg1-xCdxTe晶体的载流子浓度，与测得的实验值较为吻合.
太赫兹时域光谱 Hg1-xCdxTe晶体 载流子 Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) Hg1-xCdxTe crystal Carrier
