半导体耦合量子态及红外发光增强研究

围绕指南中"量子态间的耦合及与环境相互作用"核心科学问题和显著提高IV-VI族半导体红外发光效率的目标，结合物理外延与化学合成技术、发展具有多激子增殖效应（MEG）的PbS、PbTe和CdSe等量子点的制备方法，以上述高品质量子点为有源介质构筑半导体微腔结构，研究微腔中激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），实现常规低温下激子极化激元的BEC现象的观察，认识BEC的物理本质、探索可能应用。研究金属纳米结构表面等离子激元与量子点中电子的耦合机制和有效技术途径，实现IV-VI族半导体量子结构的红外发光显著增强，为研制红外单光子源和实现新型中红外发光器件的实际应用奠定前瞻性科学和技术基础。

在项目执行期间，我们课题组针对该项目设立的研究目标和研究任务，认真开展研究工作，出色地完成了该项目的主要研究任务。围绕半导体耦合量子态制备、调控及其在红外光电子学中应用的科学问题，我们开展了硫族化合物半导体量子结构的制备、光学和电学特性的实验和理论研究，在半导体量子点-表面等离激元耦合量子态的发光特性调控、半导体CdTe/PbTe异质结极性界面量子阱二维电子气现象的发现和局域表面等离激元-中红外光子的耦合等方面取得一些研究成果。.半导体量子点具有发光量子效率高和带隙随量子点尺寸可调等特点，是单光子源和单光子探测的重要材料。我们开展并完善了半导体CdSe和PbSe等量子点的制备技术，获得了大小可调控的CdSe和PbSe等量子点；研究了金属纳米结构表面等离激元耦合、紫外光激活和热处理等物理方法调控CdSe 量子点的发光特性、带间-表面态的光学跃迁和能量转移过程，提出了表面等离激元耦合耦合增强量子点表面态发光的物理机制；实验确定PbSe QDs/ZnO和CdSe QDs/ZnO界面的能带结构；构筑了半导体量子点光学微腔结构，分析了影响微腔中量子点发光品质因子的因素；我们实现了单一尺寸CdSe 量子点发射白光及其QD LED器件，并利用量子点-Ag纳米结构耦合体与微电子工艺结合实现了微小荧光图案。我们采用理论与实验相结合的方法研究了II-VI族化合物半导体CdTe与IV-VI族化合物半导体PbTe构成的CdTe/PbTe异质结构的极性界面问题，首次发现了CdTe/PbTe(111)极性界面量子阱的高密度和高迁移率二维电子气(2DEG)现象。我们利用CdTe/PbTe(111)异质结极性界面具有高密度2DEG的特点，提出将二维电子气作为表面等离激元的载体，研究了表面等离激元与窄带隙半导体发出的中红外光子的耦合。作为一个应用例子，我们研制出了In2O3/PbTe 异质结中红外光伏探测器。. 发表了包括Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett., J. Phys. Chem. C等杂志在内的SCI论文20篇，授权国家发明专利4项，邀请报告6次，培养博士毕业生4名，硕士毕业生6名。.