硅基ZnO納米棒陣列的室溫電抽運隨機激光.pdf

1、II-VI族半導體ZnO由于具有3.37eV的寬直接帶隙和高達60meV的激子束縛能，有望成為短波長發(fā)光器件的基礎(chǔ)材料。ZnO的激光是目前的研究熱點之一，自ZnO納米棒的光抽運激光報道以來，人們投入了很大的熱情研究ZnO納米棒的各種激光現(xiàn)象，隨機激光便是其中重要的一種。隨機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)域有著誘人的應用前景。要使隨機激光器得到實際應用，電抽運是重要的前提之一。對于ZnO納米棒的隨機激光

2、而言，國際上還沒有實現(xiàn)電抽運的報道。本文在硅襯底上生長了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)/半導體(ZnO納米棒陣列)的MIS器件，實現(xiàn)了ZnO納米棒陣列的室溫電抽運隨機激光。本文取得如下主要結(jié)果：
　　 采用籽晶輔助化學水浴沉積法制備ZnO納米棒陣列，即：采用直流反應磁控濺射法制備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ZnO納米棒陣列沿垂直于襯底的方向生長非常重要；(2)需要在足夠高的水浴溫度(如：90℃)生長，以保證納米棒良好的結(jié)晶性；(3)化學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)光增強而在可見光區(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，器件的隨機激光的峰位數(shù)增加而總體強度增大。此外，在不同方向上測得的隨機激光的峰位和強度各不相同；

5、在一給定正向偏壓下多次測量得到的隨機激光的峰位和強度也不相同。上述現(xiàn)象反映出隨機激光的特征。從能帶圖的分析出發(fā)，我們認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高。在一閾值電壓之上，SiOx/ZnO納米棒界面附近的區(qū)域會形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生受激輻射而導致光增益。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?。在多次散射的過程中，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光在獲得光增益