[發明專利]回音壁模微腔激光二極管的制備方法

有效

• 申請號: 201210014092.X
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102545046A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 徐春祥;朱剛毅;戴俊;林毅;石增良;理記濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/042
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明設計利用氣相傳輸法或水熱法制備高品質單晶ZnO微米棒，分離出單根ZnO微米棒并將之與涂有p型聚合物薄膜的p型GaN結合形成pn結，接著在上面旋涂一層有機或者無機透明絕緣薄膜，其次利用反應離子刻蝕或者光刻工藝使ZnO微米棒表面暴露。接著在ZnO微米棒表面制備透明導電薄膜電極，最后在p型GaN表面制備歐姆接觸的金屬電極。以上述方法和工藝流程獲得的發光pn結能夠獲得高品質的紫外電泵浦回音壁模微激光輻射。

背景技術

自日本科學家和美國科學家相繼發現了ZnO薄膜和納米線中的紫外光輻射以來，ZnO成為了設計紫外激光器的理想材料。ZnO微納米結構中的紫外激射模式可以分為三種：隨機激光、Fabry-Perot激光，、回音壁模激光。在隨機激光中，相干反饋是靠回程散射自發形成的，它通常產生于無序分布納米顆粒、多晶薄膜以及其它形貌的納米結構中，激光產生的條件是散射體的尺寸接近或小于波長，激光的傳輸的路徑是在納米結構的間隙中而不是內部，正反饋機理可以用Anderson定域化理論來解釋：當光在無序介質中傳播時，若散射光子在介質中的平均自由程小于或等于波長時，光可能產生回程散射，從而形成一個閉合環形光路。若光在沿環路傳播過程中的增益大于損耗，并且運行一周相位改變為???????????????????????????????????????????????的整數倍，就可能形成振蕩激光。因為晶體邊界散射嚴重，因此隨機激光光路中的光學損耗大，通常隨機激射閾值十分高，并且激射模式不固定。F-P型激光是由某種帶有平行晶面的納米結構，如納米線、納米棒以及納米薄膜等產生的，兩個平行的晶面必須是較理想的平面。其工作原理類似于傳統的F-P腔型激光器，兩平行面相當于兩個腔鏡，然而由于ZnO兩端界面處反射率較低，因此F-P模激射的閾值也比較高。回音壁模激射是利用光路在ZnO六邊形微米棒中內不斷全反射形成的，光學全反射能有效的將光線束縛在腔體內，因此光學損耗及其微弱，所以ZnO回音壁模微米棒能輸出高品質因子和低閾值的激光輻射。

目前，上述三種模式ZnO的紫外激射在光學泵浦都可以實現的，人們均采用了脈沖激光器泵浦ZnO微納米結構以使粒子數發生反轉，使得光學增益大于光學損耗以形成激光輻射。現有的研究工作已經開始著力于發展ZnO電致發光，由于人們難以獲得穩定的p型ZnO材料。因此研究者通常在p型硅或p型GaN表面生長ZnO薄膜形成pn結，而這種薄膜pn結由于缺少合適的腔體結構，只能形成沒有固定模式的隨機激光。隨機激光的穩定性和可重復性不強，而且激光波長是不可控的，所以隨機激光仍然是不夠理想的。ZnO微米棒具有六角纖維鋅礦結構，提供一個理想的激光腔體結構，形成的回音壁模式有較低的激光閾值，固定的激光模式和輸出方向。n-ZnO微米棒/ZnO?緩沖層/p型GaN結構的回音壁模微腔激光二極管的制備已有報道。這里我們提出了一種新的結構n型ZnO微米棒/p型聚合物半導體/p型GaN，加入p型聚合物加入既保證了pn結構，使各層之間良好的電學接觸，又改善了ZnO微米棒腔體中的全反射條件，使損耗會降低，增益提高。最后在ZnO微米棒表面制備透明導電薄膜來作為電極，規避了金屬電極的不透明造成的光損失，提高激光的出射率。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種回音壁模微腔激光二極管的制備方法。其激光輸出波長通過調節ZnO微米棒直徑得到調控。

技術方案：在本發明中，利用氣相傳輸法或者水熱法制備ZnO微米棒陣列，將單根ZnO微米分散在p型GaN襯底上，為實現p型GaN和ZnO微米棒的有效結合，在GaN和ZnO微米棒之間引入一層p型聚合物薄膜。從而實現接觸截面處晶體完全結合的pn結。其后在pn結上制備有機或無機透明絕緣薄膜，再利用反應離子刻蝕或光刻工藝對透明絕緣薄膜進行刻蝕，使得ZnO微米棒表面暴露。接著利用磁控濺射在ZnO微米棒表面制備透明導電薄膜電極，最后用電子束蒸鍍設備在p型GaN表面制備歐姆接觸電極。最終獲得n-ZnO微米棒/p型聚合物薄膜/p-GaN回音壁模微激光器。

本發明采用以下技術方案：