21 本征带电 InAs/GaAs 量子点与微柱腔模的耦合

量子网络依靠光子作为信息载体实现量子信息传输，但光子间相互作用极弱，难以实现有效操控。将带电量子点与微型谐振腔结合可以实现光与物质的相互作用，进而研制单光子晶体管等量子器件。现阶段受生长工艺限制，带点量子点与高品质因子微柱精准耦合的样品制备重复性较差，这制约了高性能量子光学器件发展。

近日，中国科学院半导体研究所牛智川、倪海桥、徐应强研究员团队通过硅（Si）δ掺杂工艺制备本征负电砷化铟（InAs）/砷化镓（GaAs）量子点，实现了本征带电激子与高品质因子（Q factor）微柱腔的模式耦合。研究人员借助分子束外延铟组分梯度生长，结合改良的腔模精准标定方案，将微柱品质因子提升至约11000；在7 K低温条件下实现负电激子与微腔腔模耦合。测试结果表明，耦合后的发光强度相较未耦合状态提升约10倍；受偏振角度变化时，负电激子光谱波动仅2.66 μeV、腔模光谱波动3 μeV，二者谱线稳定性优异。得益于珀塞尔效应，激子复合寿命由1.142 ns缩短至0.734 ns。 

该研究采用 δ 掺杂获得本征带电量子点，搭配标准化腔模校准工艺大幅提升耦合样品制备成功率，简化了自旋-光子耦合器件的制备难度，对固态单光子器件、全光量子开关的实用化研发具有重要参考价值。

图1.（a）正式样品的结构示意图。（b）首轮生长样品与优化后样品在室温（300 K）下的反射光谱。（c）微柱腔样品的扫描电子显微镜（SEM）形貌图。

图2.（a）17 K下未与腔模匹配的中性激子（X）、负电激子（X⁻）微区光致荧光谱。（b）7.5 K下负电激子（X⁻）与腔模实现耦合后的微区光致荧光谱，各色曲线为洛伦兹拟合（c）非耦合样品与耦合样品的时间分辨测试结果。

该文章以题为“Coupling of inherently charged InAs/GaAs quantum dots and micropillar cavity modes”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Coupling of inherently charged InAs/GaAs quantum dots and micropillar cavity modes

Qiaozhi Zhang, Hanqing Liu, Sihao Su, Xiangjun Shang, Xiangbin Su, Donghai Wu, Chengao Yang, Dongwei Jiang, Yu Zhang, Yingqiang Xu, Haiqiao Ni, Zhichuan Niu 

J. Semicond., 2026, 47(6): 062702 doi: 10.1088/1674-4926/26010036

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22 类本征硫化锑太阳能电池中空穴传输层的作用机制研究 

光电转换技术是将太阳能直接转化为电能的核心途径，在应对全球能源危机和实现碳中和目标方面发挥着关键作用。硫化锑（Sb₂S₃）作为一种新型薄膜光伏材料，因其合适的带隙（约1.75 eV，非常匹配室内弱光环境和硅基叠层电池）、高吸收系数（>10⁵ cm^-1）以及元素绿色无毒、储量丰富等优势，近年来受到广泛关注。然而，Sb₂S₃通常呈现类本征半导体特性（载流子浓度低），其内部的电子-空穴对分离效率不高，尤其在吸收层与金属电极界面处易发生严重复合，导致目前实验报道的最高光电转换效率（约8.26%）远低于其理论极限（约28%）。因此，如何有效提取和输运载流子，成为提升Sb₂S₃电池性能的关键科学问题。

近日，合肥工业大学周儒教授课题组联合齐鲁师范学院尹乃强教授系统探究了空穴传输层在类本征Sb₂S₃平面太阳能电池中的关键作用。作者分别采用近空间升华法和化学浴沉积法制备了弱p型和弱n型两种Sb₂S₃薄膜，并对比了有无Spiro-OMeTAD空穴传输层的器件性能。实验结果表明，引入空穴传输层后，p型Sb₂S₃器件的效率从3.47%提升至5.60%，n型器件的效率从2.37%提升至6.37%，开路电压和填充因子均得到显著改善。为进一步阐明内在机制，作者进一步利用SCAPS-1D仿真软件对器件物理进行了深入分析。结果揭示：对于p型Sb₂S₃，空穴传输层促进了光生空穴向背电极的输运，减少了界面复合；对于n型Sb₂S₃，空穴传输层与吸收层形成了p-n结，增强了内建电场，从而大幅提升了载流子的分离与提取效率。在此基础上，作者系统优化了Sb₂S₃吸收层的厚度、缺陷密度和掺杂浓度，并探索了三种无机空穴传输材料（Cu₂O、CuSCN和CuI）以替代成本高、稳定性差的Spiro-OMeTAD。结果显示，采用Cu₂O空穴传输层的器件理论效率高达23.09%，展现出巨大的应用潜力。

该工作不仅系统揭示了空穴传输层在近本征Sb₂S₃太阳能电池中的必要性及其物理机制，也为开发低成本、高稳定性的全无机Sb₂S₃光伏器件提供了理论指导。

图1. Sb₂S₃太阳能电池：（a）器件结构示意图和（b）能带结构。

图2. 基于p型和n型Sb₂S₃吸收层的平面Sb₂S₃太阳能电池器件物理：（a, d）能级图，（b, e）空穴浓度分布，（c, f）电子浓度分布。

该文章以题为“Scrutinizing the important roles of hole transport layers in near-intrinsic Sb₂S₃ planar solar cells”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Scrutinizing the important roles of hole transport layers in near-intrinsic Sb₂S₃ planar solar cells

Qiang Xie, Jiacheng Zhou, Wenfei Wei, Naiqiang Yin, and Ru Zhou

J. Semicond., 2026, 47(6): 062703 doi: 10.1088/1674-4926/25120025

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