[發明專利]基于雙重SiO2-ZnO結構的電抽運隨機激光器、其制備方法及用途

有效

• 申請號: 201210490468.4
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102931583A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 馬向陽;李云鵬;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/30
• 分類號: H01S5/30;H01S5/042
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及光電子器件領域，尤其涉及一種基于雙重SiO₂-ZnO結構的電抽運隨機激光器、其制備方法及用途。

背景技術

隨機激射是一種產生于無規增益介質中的發光現象，利用光在無規介質中的多重散射來獲得持續的光增益，因此制備工藝簡單，無需像傳統激光一樣制備精密的諧振腔。隨機激射的發光峰線寬很窄，發光方向隨機分布，其獨特的性能在成像、平面顯示、生物醫藥、軍事方面具有潛在的應用價值。ZnO材料由于具有較高的光增益系數和折射率，被認為是制備紫外隨機激光器的理想材料。

馬向陽等利用金屬-氧化物-半導體（MOS）結構實現了ZnO多晶薄膜的電抽運隨機激射（X.?Y.?Ma,?P.?L.?Chen,?D.?S.?Li,?Y.?Y.?Zhang,?and?D.?R.?Yang,?Electrically?pumped?ZnO?film?ultraviolet?random?lasers?on?silicon?substrate.?Appl.?Phys.?Lett.?91,?2007,?251109）；隨后，馬向陽等利用MOS結構實現了ZnO納米棒陣列的電抽運隨機激射（X.?Y.?Ma,?J.?W.?Pan,?P.?L.?Chen,?D.?S.?Li,?H.?Zhang,?Y.?Yang,?and?D.?R.?Yang,?Room?temperature?electrically?pumped?ultraviolet?random?lasing?from?ZnO?nanorod?arrays?on?Si.?Opt.?Express.?17,?2009,?14426）；專利CN?101588021?B?公布了一種硅基氧化鋅納米棒陣列電抽運隨機激光器，該激光器以ZnO多晶薄膜為籽晶層生長出的ZnO納米線為發光層，在正向偏壓下實現了室溫電抽運隨機激射。以上幾種電抽運ZnO隨機激光器均為單重SiO₂-ZnO結構，即硅襯底上依次為ZnO發光層、SiO₂勢壘層以及Au半透明電極，其隨機激射的閾值電流在70?mA左右。

近年來出現的其他結構的ZnO電抽運隨機激光器，如pn結結構、p-i-n結構等（S.?Chu,?M.?Olmedo,?Z.?Yang,?J.?Y.?Kong,?and?J.?L.?Liu,?Appl.?Phys.?Lett.?93,?181106，2008，H.?Zhu,?C.?X.?Shan,?J.?Y.?Zhang,?Z.?Z.?Zhang,?B.?H.?Li,?D.?X.?Zhao,?B.?Yao,?D.?Z.?Shen,?X.?W.?Fan,?Z.?K.?Tang,?X.?H.?Hou,?and?K.?L.?Choy,?Adv.?Mater.?22,?1877，2010），其隨機激射閾值電流基本在30?mA以下，個別器件可低至6?mA。對于電抽運隨機激光器來說，過高的電流產生的熱效應會使器件的發光效率下降，同時增大了器件集成化的難度。從單重SiO₂-ZnO結構的電抽運隨機激光器與其他結構的ZnO電抽運隨機激光器的性能對比來看，較高的閾值電流已成為限制單重SiO₂-ZnO結構器件集成化、應用化的重要因素。因此，降低閾值電流成為器件性能優化的首要目標。另外，器件的輸出光功率為納瓦量級，距離實際應用還有很大距離，因此提高器件的輸出光功率也是一個重要的目標。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種基于雙重SiO₂-ZnO結構的電抽運隨機激光器，解決了器件隨機激射的閾值電流過高的問題，同時提高了器件的輸出光功率。

本發明采用的技術方案為：

一種電抽運隨機激光器，在硅襯底的正面自下而上依次沉積有第一ZnO薄膜、第一SiO₂薄膜、第二ZnO薄膜、第二SiO₂薄膜和半透明電極，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極。