硅基ZnO納米棒陣列的室溫電抽運(yùn)隨機(jī)激光.pdf

1、II-VI族半導(dǎo)體ZnO由于具有3.37eV的寬直接帶隙和高達(dá)60meV的激子束縛能，有望成為短波長(zhǎng)發(fā)光器件的基礎(chǔ)材料。ZnO的激光是目前的研究熱點(diǎn)之一，自ZnO納米棒的光抽運(yùn)激光報(bào)道以來(lái)，人們投入了很大的熱情研究ZnO納米棒的各種激光現(xiàn)象，隨機(jī)激光便是其中重要的一種。隨機(jī)激光器由于不需要常規(guī)的諧振腔，因此更有利于縮小器件尺寸，在光電子領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。要使隨機(jī)激光器得到實(shí)際應(yīng)用，電抽運(yùn)是重要的前提之一。對(duì)于ZnO納米棒的隨機(jī)激光

2、而言，國(guó)際上還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電抽運(yùn)的報(bào)道。本文在硅襯底上生長(zhǎng)了ZnO納米棒陣列，在此基礎(chǔ)上制備了結(jié)構(gòu)為金屬(Au)/絕緣體(SiOx)/半導(dǎo)體(ZnO納米棒陣列)的MIS器件，實(shí)現(xiàn)了ZnO納米棒陣列的室溫電抽運(yùn)隨機(jī)激光。本文取得如下主要結(jié)果：
　　 采用籽晶輔助化學(xué)水浴沉積法制備ZnO納米棒陣列，即：采用直流反應(yīng)磁控濺射法制備C軸取向的ZnO薄膜，以此作為籽晶層，利用化學(xué)水浴沉積法制備ZnO納米棒陣列。研究表明，為了獲得垂直取向、高度

3、均勻的ZnO納米棒陣列，需要滿足以下條件：(1)作為籽晶層的ZnO薄膜需要在較高的溫度(如：300℃)下沉積，以保證薄膜中的晶粒得到良好的晶化，這對(duì)ZnO納米棒陣列沿垂直于襯底的方向生長(zhǎng)非常重要；(2)需要在足夠高的水浴溫度(如：90℃)生長(zhǎng)，以保證納米棒良好的結(jié)晶性；(3)化學(xué)水浴的前軀體溶液中的Zn源濃度需足夠高(如：0.03M)，以保證納米棒高度的均勻性。此外，后續(xù)700"(2的熱處理可使ZnO納米棒陣列的結(jié)晶性得到改善，因而它的

4、近帶邊紫外發(fā)光增強(qiáng)而在可見(jiàn)光區(qū)域與缺陷相關(guān)的發(fā)光減弱。
　　 制備在硅襯底上的基于ZnO納米棒陣列的MIS器件隨著正向偏壓的增大，ZnO納米棒陣列的紫外電致發(fā)光由自發(fā)輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)激射。器件的輸出光功率——電流特性表明，在閾值電流以上，輸出光功率與電流幾乎成線性關(guān)系，意味著光增益的飽和，表現(xiàn)出激光的典型特性。隨著正向電壓/電流的增大，器件的隨機(jī)激光的峰位數(shù)增加而總體強(qiáng)度增大。此外，在不同方向上測(cè)得的隨機(jī)激光的峰位和強(qiáng)度各不相同；

5、在一給定正向偏壓下多次測(cè)量得到的隨機(jī)激光的峰位和強(qiáng)度也不相同。上述現(xiàn)象反映出隨機(jī)激光的特征。從能帶圖的分析出發(fā)，我們認(rèn)為器件在正向偏壓下注入的電子和空穴主要集中在SiOx/ZnO納米棒界面附近，因而它們的濃度相當(dāng)高。在一閾值電壓之上，SiOx/ZnO納米棒界面附近的區(qū)域會(huì)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生受激輻射而導(dǎo)致光增益。另外一方面，在SiOx/ZnO納米棒界面附近的區(qū)域傳輸?shù)墓鈱⑹艿蕉啻紊⑸洹Ｔ诙啻紊⑸涞倪^(guò)程中，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光在獲得光增益