本发明专利技术提供一种基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，包括：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。本发明专利技术还提供了该激光器的制备方法，其步骤为：1)在硅衬底正面沉积第一ZnO薄膜，2)在第一ZnO薄膜上沉积第一SiO2薄膜，3)在第一SiO2薄膜上沉积第二ZnO薄膜，4)在第二ZnO薄膜上沉积第二SiO2薄膜，5)在第二SiO2薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极，即制得基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器。本发明专利技术方法制得的双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器的阈值电流显著降低，光输出功率明显提高。并且，本发明专利技术的制备方法工艺简单，且能够与现有的CMOS工艺兼容，有利于器件的大规模生产及应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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. A ppl. 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. ff. 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. ff. 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。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于双重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。本专利技术采用的技术方案为一种电抽运随机激光器，在娃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。本专利技术提供的电抽运随机激光器为双重SiO2-ZnO结构，即娃衬底上依次为第一 ZnO薄膜、第一 SiO2薄膜、第二 ZnO薄膜、第二 SiO2薄膜以及Au半透明电极，其中第一、第二 ZnO薄膜为发光层，第一、第二 SiO2薄膜为势垒层，相对于单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，本专利技术方法提供的电抽运随机激光器的阈值电流显著降低，输出光功率明显提高。 这种效果来自两方面原因第一，在单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，作为发光层的ZnO薄膜与高折射率的硅衬底相邻，ZnO薄膜发出的光有很大一部分会被硅衬底吸收，从而造成光损失；在双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，第二 ZnO薄膜被夹在两层低折射率的第一 SiO2薄膜和第二 SiO2薄膜之间，形成了 Si02/Zn0/Si02的波导结构，将光有效地限制在发光层第二 ZnO薄膜中，更有利于获得较高水平的光增益，减少硅衬底对光的吸收。第二，在单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，一部分电子会隧穿过SiO2层，无法与空穴复合产生光发射，这样就降低了器件的发光效率；在双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，第一 ZnO薄膜中的电子隧穿过第一 SiO2薄膜,还有机会在第二 ZnO薄膜中与空穴复合，这样就提高了载流子的利用效率。作为优选，所述的第一 ZnO薄膜、第二 ZnO薄膜的厚度为30nm 500nm，更优选的厚度为50 150nm ；所述的第一 SiO2薄膜、第二 SiO2薄膜的厚度为30 lOOrnn，更优选的厚度为40 60nm ；所述的半透明电极的厚度为10 30nm,更优选的厚度为20nm ；所述的半透明电极为半透明Au电极。本专利技术的第二个目的是提供一种电抽运随机激光器的制备方法，包括如下步骤1)在硅衬底正面沉积第一ZnO薄膜；2)在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜；3)在第一SiO2薄膜上沉积第二 ZnO薄膜；4)在第二ZnO薄膜上沉积第二 SiO2薄膜；5)在第二SiO2薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极，制得基于双重SiO2-ZnO电抽运随机激光器。其中，所述的第一 SiO2薄膜、第二 SiO2薄膜采用溶胶-凝胶法制得。为提高ZnO薄膜的结晶质量，可分别将步骤I)沉积的第一 ZnO薄膜(2)、步骤3) 沉积的第二 ZnO薄膜(4)进行热处理，所述热处理的温度为300 900°C，时间为O. 5 5 小时；其中，热处理气氛优选为氧气，热处理温度优选为600 800°C，时间优选为I 3小时。为去除溶剂及提高薄膜的绝缘性能，可分别将所述步骤2)沉积的第一 SiO2薄膜CN 102931583 A书明说3/8页(3)、步骤4)沉积的第二 SiO2薄膜(5)进行热处理，所述热处理的温度为300 700°C，时间为O. 5 3小时；其中，热处理气氛优选为空气，热处理温度优选为450 650°C，时间为I 2小时。此外，本专利技术还提供了上述的电抽运随机激光器在形成激光成像的光源中的应用，与常用于成像光源的Nd :YAG激光光源相比，采用本专利技术提供的电抽运随机激光器的激光成像光源能有效地消除像散，提供分辨率更高的成像效果。本专利技术的有益效果在于O本专利技术提供的电抽运随机激光器为双重SiO2-ZnO结构,使得随机激光器的阈值电流显著降低，输出光功率明显提高，具有广阔的应用前景；2)本专利技术提供的制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电抽运随机激光器，其特征在于：在硅衬底(1)的正面自下而上依次沉积有第一ZnO薄膜(2)、第一SiO2薄膜(3)、第二ZnO薄膜(4)、第二SiO2薄膜(5)和半透明电极(6)，在硅衬底(1)背面沉积有欧姆接触电极(7)。
【技术特征摘要】
1.一种电抽运随机激光器，其特征在于在硅衬底(I)的正面自下而上依次沉积有第一 ZnO薄膜(2)、第一 SiO2薄膜(3)、第二 ZnO薄膜(4)、第二 SiO2薄膜(5)和半透明电极(6)，在硅衬底(I)背面沉积有欧姆接触电极(7)。2.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的第一ZnO薄膜(2)、第二 ZnO薄膜⑷的厚度为30nm 500nm。3.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的第一SiO2薄膜(3)、第二 SiO2薄膜(5)的厚度为30 lOOnm。4.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的半透明电极(6)的厚度为10 30nm。5.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的半透明电极(6)为半透明Au电极。6.一种电抽运随机激光器的制备方法，包括如下步骤 1)在硅衬底(I)正面沉积第一ZnO薄膜(2); 2)在第一ZnO薄膜(2)上沉积第一 SiO2薄膜(3)； 3)在...
【专利技术属性】
技术研发人员：马向阳，李云鹏，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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