[发明专利]基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种基于双重SiO₂-ZnO结构的电抽运随机激光器、其制备方法及用途。

背景技术

随机激射是一种产生于无规增益介质中的发光现象，利用光在无规介质中的多重散射来获得持续的光增益，因此制备工艺简单，无需像传统激光一样制备精密的谐振腔。随机激射的发光峰线宽很窄，发光方向随机分布，其独特的性能在成像、平面显示、生物医药、军事方面具有潜在的应用价值。ZnO材料由于具有较高的光增益系数和折射率，被认为是制备紫外随机激光器的理想材料。

马向阳等利用金属-氧化物-半导体（MOS）结构实现了ZnO多晶薄膜的电抽运随机激射（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）；随后，马向阳等利用MOS结构实现了ZnO纳米棒阵列的电抽运随机激射（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）；专利CN 101588021 B 公布了一种硅基氧化锌纳米棒阵列电抽运随机激光器，该激光器以ZnO多晶薄膜为籽晶层生长出的ZnO纳米线为发光层，在正向偏压下实现了室温电抽运随机激射。以上几种电抽运ZnO随机激光器均为单重SiO₂-ZnO结构，即硅衬底上依次为ZnO发光层、SiO₂势垒层以及Au半透明电极，其随机激射的阈值电流在70 mA左右。

近年来出现的其他结构的ZnO电抽运随机激光器，如pn结结构、p-i-n结构等（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），其随机激射阈值电流基本在30 mA以下，个别器件可低至6 mA。对于电抽运随机激光器来说，过高的电流产生的热效应会使器件的发光效率下降，同时增大了器件集成化的难度。从单重SiO₂-ZnO结构的电抽运随机激光器与其他结构的ZnO电抽运随机激光器的性能对比来看，较高的阈值电流已成为限制单重SiO₂-ZnO结构器件集成化、应用化的重要因素。因此，降低阈值电流成为器件性能优化的首要目标。另外，器件的输出光功率为纳瓦量级，距离实际应用还有很大距离，因此提高器件的输出光功率也是一个重要的目标。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于双重SiO₂-ZnO结构的电抽运随机激光器，解决了器件随机激射的阈值电流过高的问题，同时提高了器件的输出光功率。

本发明采用的技术方案为：

一种电抽运随机激光器，在硅衬底的正面自下而上依次沉积有第一ZnO薄膜、第一SiO₂薄膜、第二ZnO薄膜、第二SiO₂薄膜和半透明电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。