[發(fā)明專利]一種構(gòu)筑電泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210402497.0
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102904158A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐春祥;朱剛毅;理記濤;田正山;石增良
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01S5/32
• 分類號: H01S5/32;H01S5/327;H01S5/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計利用氣相傳輸法或水熱法制備高品質(zhì)單晶ZnO微米棒，分離出單根ZnO微米棒并將之與有緩沖層的p型GaN結(jié)合，經(jīng)過對緩沖層的處理，與GaN形成接觸良好的pn結(jié)，接著在其表面濺射一層無機透明絕緣薄膜，其次利用反應(yīng)離子刻蝕或者光刻技術(shù)使ZnO微米棒表面暴露，最后將石墨烯轉(zhuǎn)移到ZnO微米棒表面作為電極，并在p型GaN表面制備電極，形成完整的器件。以上述方法和工藝流程獲得的發(fā)光pn結(jié)能夠獲得高品質(zhì)的電泵紫外回音壁模激光。

背景技術(shù)

自日本科學(xué)家和美國科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了ZnO薄膜和納米線中的紫外光輻射以來，ZnO成為設(shè)計紫外激光器的理想材料。ZnO微納米結(jié)構(gòu)中的紫外激射模式可以分為三種：隨機激光、法布里珀羅(F-P)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(fā)形成的，由于晶體邊界散射嚴重造成光路中的光學(xué)損耗大，因此隨機激射閾值十分高，并且激射模式不固定。F-P型激光其工作原理類似于傳統(tǒng)的F-P腔激光器，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(nèi)不斷全反射形成的，光學(xué)全反射能有效的將光線束縛在腔體內(nèi)，因此光學(xué)損耗極其微弱，所以ZnO回音壁模微米棒能輸出高品質(zhì)因子和低閾值的激光輻射。

目前，上述三種模式ZnO的紫外激射在光泵浦下已經(jīng)實現(xiàn)的，人們均采用了脈沖激光器泵浦ZnO微納米結(jié)構(gòu)以使粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，使得光學(xué)增益大于光學(xué)損耗以形成激光輻射。現(xiàn)有的研究工作已經(jīng)開始著力于發(fā)展ZnO電致發(fā)光，由于人們難以獲得穩(wěn)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(jié)，而這種薄膜pn結(jié)由于缺少合適的腔體結(jié)構(gòu)，只能形成沒有固定模式的隨機激光。隨機激光的穩(wěn)定性和可重復(fù)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(jié)構(gòu)，提供一個理想的激光腔體結(jié)構(gòu)，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，因此將ZnO微米棒作為微激光器的振蕩微腔將是一個理想的選擇。n型ZnO微米棒/緩沖層/p型GaN結(jié)構(gòu)的回音壁模微激光器的制備已有報道。但是由于金屬電極的不透光性，激光的在出射時造成了很大的損耗。用透明導(dǎo)電薄膜(如：氧化銦錫(ITO)，氧鋅鋁(ZAO)等)作為電極，雖然透光性增強，卻犧牲了載流子濃度。石墨烯具有高載流子濃度和高透光性，是作為電極的理想材料。

所以我們提出了石墨烯/n型ZnO微米棒/緩沖層/p型GaN這種結(jié)構(gòu)，加入緩沖層既保證了pn結(jié)構(gòu)，使各層之間良好的電學(xué)接觸，又改善了ZnO微米棒腔體中的全反射條件，使光損耗會降低，增益提高。同時石墨烯作為電極提高了光的透射率，有利于激光品質(zhì)的提高。

該方法首先利用氣相傳輸法制備出ZnO微米棒單晶，然后將單根ZnO微米棒轉(zhuǎn)移到有緩沖層的p型GaN上固定，通過對緩沖層的處理，ZnO微米棒與p型GaN之間能形成接觸良好的異質(zhì)結(jié)。然后在有ZnO微米棒的p型GaN表面制備一層絕緣薄膜(如：SiO₂，Al₂O₃等透明絕緣材料)，接著采用反應(yīng)離子刻蝕或者光刻技術(shù)把ZnO微米棒表面刻蝕出來，最后將石墨烯轉(zhuǎn)移到暴露出ZnO微米棒襯底上，經(jīng)過低溫加壓使石墨烯與ZnO微米棒良好接觸；在p型GaN表面制備金屬電極，構(gòu)成完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN異質(zhì)結(jié)微激光器。該方法制備的微激光器可以通過選擇不同尺寸的ZnO微米棒以調(diào)制激光波長和模式，同時利用石墨烯的導(dǎo)電性和透光性實現(xiàn)高品質(zhì)的紫外激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種構(gòu)筑電泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的方法。其激光輸出波長通過調(diào)節(jié)ZnO微米棒直徑得到調(diào)控。

技術(shù)方案：本發(fā)明中，利用氣相傳輸法制備高品質(zhì)ZnO微米棒，分離出單根ZnO微米棒，并轉(zhuǎn)移到有緩沖層的p型GaN襯底表面，經(jīng)過處理形成良好的pn結(jié)。然后在GaN襯底表面制備一層絕緣薄膜(如：SiO₂，Al₂O₃等透明絕緣材料)，接著采用反應(yīng)離子刻蝕或者光刻技術(shù)把ZnO微米棒表面刻蝕出來，將石墨烯轉(zhuǎn)移在露出ZnO微米棒的襯底上，經(jīng)過低溫加壓使石墨烯與ZnO微米棒良好接觸；最后在p型GaN表面制備金屬電極，構(gòu)成完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN異質(zhì)結(jié)微激光器。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：