中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外物理國家重點實驗室康亭亭研究員等在中科院百人計劃支持下，在“極弱光下氮化物光電導(dǎo)研究”方面取得新進展。

研究人員以極限條件（即弱光、極低溫、強磁場）下的光電實驗物理為主要研究方向，設(shè)計以LED（發(fā)光二極管）為光源的弱光光電導(dǎo)測量系統(tǒng)[下圖所示]，測量InN的光電導(dǎo)行為。以光的功率密度為指標(biāo)，入射光強度范圍在10-9-10-6W/cm2之間(僅相當(dāng)于滿月時地面上月光強度(~10-7W/cm2))。國際上光電導(dǎo)研究都使用強光(0.1 - 100W/cm2)，是實驗用光強的10萬到10億倍。研究人員發(fā)現(xiàn)InN“負持續(xù)光電導(dǎo)”在弱光時完全消失，而它在強光下的表現(xiàn)的行為也符合光加熱效應(yīng)的三個特征：(1)符合熱效應(yīng)趨勢；(2)長的弛豫時間；(3)隨溫度下降而增強。結(jié)果證明：InN“負持續(xù)光電導(dǎo)”來源于光加熱效應(yīng)，表明InN具有很強的電子-晶格作用；InN:Mg中具有n型到P型的轉(zhuǎn)變，也不再受到光電導(dǎo)結(jié)果的支持。實驗結(jié)果證明在光電導(dǎo)研究中不考慮光加熱效應(yīng)的研究方法是完全不正確的。所得結(jié)果發(fā)表在氮化物領(lǐng)域的重要刊物Applied Physics Letters上[Appl. Phys. Lett.110, 042104 (2017)]。

(a) 搭建一個弱光（低溫LED）弱熱輻射光電導(dǎo)測量系統(tǒng)。利用低溫金屬罩（~40K）來實現(xiàn)對室溫部件所發(fā)出的300K黑體熱輻射的屏蔽。(b)光加熱效應(yīng)的物理圖像

光電導(dǎo)(photoconductivity)測量是研究材料光電性質(zhì)的重要方法，其研究的是物體在電磁波照射下的電學(xué)性質(zhì)變化。自從W. Smith在1873年對硒的光電導(dǎo)行為開展研究以來，光電導(dǎo)一直是光電子學(xué)、凝聚態(tài)物理等學(xué)科中重要的研究方向，并直接導(dǎo)致了光探測器這一應(yīng)用領(lǐng)域的建立與發(fā)展。但是由于強光（主要是激光）的采用，該領(lǐng)域一直飽受爭議。另一方面，氮化物作為第三代半導(dǎo)體，在消費電子學(xué)和白光照明等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。赤崎勇、天野浩和中村修二因為在氮化物領(lǐng)域的貢獻而獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎。氮化銦(InN)作為三族氮化物中唯一禁帶寬度位于紅外(~0.7eV)的材料，在基于氮化物的紅外探測器、全光譜高性能太陽能電池等應(yīng)用中具有重要的應(yīng)用前景。最近，在InN領(lǐng)域，多個研究組在Phys. Rev. B、Appl. Phys. Lett.、Sci. Rep.等著名學(xué)術(shù)期刊上陸續(xù)報道了InN中存在所謂的“負持續(xù)光電導(dǎo)”(negative persistent photoconductivity, NPPC)，即：InN在強光（激光）照射之后，電導(dǎo)會緩慢下降(即所謂的“負”光電導(dǎo))。