[發明專利]一種基于ZnO薄膜的電抽運隨機激光器

有效

• 申請號: 201510033587.0
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104617484B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 馬向陽;汪粲星;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/042
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及光電子器件領域，尤其涉及一種以MoO₃為空穴注入層的基于ZnO薄膜的電抽運隨機激光器及其制備方法。

背景技術

隨機激射是一種產生于無序增益介質中的發光現象，利用光在無序介質中的多重散射來獲得持續的光增益。

相比于傳統意義的激光，隨機激射器件的制備技術簡單，價格低廉，并不需要像二極管激光器一樣制備精確的諧振腔，而且還具有許多獨特的性能。隨機激射的發光峰線寬很窄，發光方向隨機分布，這使得隨機激射器件在顯示、軍事、醫學診斷、成像等領域具有特殊的應用價值。

ZnO是直接帶隙的寬禁帶半導體，發光效率高，其近帶邊輻射發光位于近紫外波段，ZnO的激子束縛能為60meV，在量子阱中甚至可以達到263meV，遠高于室溫下的熱離化能(26meV)。因此ZnO中的激子可以在室溫下穩定存在，這有利于實現室溫下高量子效率的激子受激輻射，并且ZnO材料具有較高的光增益系數和折射率，因此ZnO材料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(參考文獻：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(參考文獻：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)。

申請號為200910099487.2的專利公開了一種硅基氧化鋅納米棒陣列電抽運隨機激光器，在硅襯底的正面自下而上依次生長ZnO薄膜、ZnO納米棒陣列、SiO₂薄膜和半透明電極，在硅襯底背面沉積歐姆接觸電極。該發明還公開了該電抽運隨機激光器的制備方法：用磁控濺射法在清洗后的n型硅片上生長ZnO薄膜；采用化學水浴沉積法在ZnO薄膜上生長ZnO納米棒陣列并在空氣氣氛下進行熱處理；用溶膠-凝膠法在ZnO納米棒陣列上生長SiO₂薄膜；在SiO₂薄膜上濺射半透明電極，在硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。該發明的硅基氧化鋅納米棒陣列電抽運隨機激光器結構簡單，在足夠的正向偏壓(Si接負極)下可以獲得來自于ZnO納米棒陣列的紫外電抽運隨機激光。

以上幾種電抽運ZnO隨機激光器均為MOS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壓在4.0V至7.0V左右。

電抽運ZnO隨機激射器件走向實際應用，其中一個關鍵的問題在于如何在較低的閾值電流和閾值電壓下獲得隨機激射。對于微電子和光電子領域的器件來說，過高的工作電流會增加能耗，同時電流產生的熱效應會使器件性能退化；過高的閾值電壓會限制器件的應用范圍。

因此，進一步降低閾值電壓是電抽運隨機激射的發展目標之一。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種以MoO₃為空穴注入層的基于ZnO薄膜的電抽運隨機激光器，解決了電抽運隨機激光器的閾值電壓過高的問題，同時提高了器件的輸出光功率。

本發明采用的技術方案為：

一種基于ZnO薄膜的電抽運隨機激光器，包括硅襯底，硅襯底的正面自下而上依次設有ZnO薄膜、SiO₂薄膜和半透明電極，硅襯底背面設有歐姆接觸電極，所述ZnO薄膜和SiO₂薄膜之間設有MoO₃薄膜。