InP半导体闪烁体中空穴的莱维飞行

在中等掺杂的n型InP中，高辐射效率导致空穴的输运由光子辅助跳跃主导，即一处空穴辐射复合产生一个光子，该光子的带间吸收在可能很远的地方产生另一个空穴。由于跳跃概率具有“重尾”特征，这是一种扩散率发散的随机行走（称为莱维飞行过程）。我们的关键证据来自不同厚度样品中透射与反射发光光谱的比值。这些实验证明了空穴浓度从初始光激发点出发的非指数衰减。作为莱维飞行的特征，幂律衰减在短距离处足够陡峭（比指数衰减更陡），以拟合薄样品的数据，而在大距离处足够缓慢，以解释厚样品的行为。高辐射效率使得一种具有高效光子收集能力的半导体闪烁体成为可能。相当不寻常的是，该材料在其自身闪烁波长下是“不透明”的。然而，经过多次循环回收后，大多数光子最终到达集成在半导体板两侧的两个光电二极管之一。我们提出了一个双侧板光子收集的解析模型，该模型表明莱维飞行输运的重尾特性带来了近乎理想的性能。最后，我们讨论了在仍能定量沉积能量和确定板内相互作用位置的同时增加板厚的可能性。其思路是使用一种层状半导体，通过光子辅助在窄带隙层中收集空穴，这些层之间的间距远超扩散长度。在这些辐射层中收集的空穴发射长波辐射，整个结构对该辐射是透明的。毫米级厚层状闪烁体的近乎理想的计算特性可以扩展到数厘米。