单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法技术

本发明专利技术公开了单根ZnO微米带F‑P模式紫外激光二极管的制备方法。步骤：清洗石英衬底、玻璃衬底和p‑GaN衬底；在p‑GaN衬底一侧制备Ni/Au合金电极；将p‑GaN衬底与石英衬底紧密贴合，并在石英衬底上制备垫片，保证垫片与p‑GaN衬底紧密贴合和平齐；将n‑ZnO:Ga微米带移置到玻璃衬底上，保证微米带与玻璃衬底贴合，并在微米带两端按压铟电极；在微米带上定向溅射Ag纳米准粒子薄膜；在微米带两端的铟电极上施加电压，Ag纳米准粒子薄膜转化成AgNPs，得到AgNPs@n‑ZnO:Ga微米带复合结构；将微米带复合结构移置于p‑GaN衬底，得到异质结二极管。本发明专利技术实现了高品质的F‑P模式紫外激光。

Preparation of single ZnO micro band F-P mode UV laser diode

【技术实现步骤摘要】
单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法
本专利技术属于半导体光电子器件领域，特别涉及了一种紫外激光二极管的制备方法。
技术介绍
ZnO材料作为直接带隙、宽禁带半导体材料，结晶质量高，拥有光学谐振腔，被广泛应用于发光二极管、传感器和探测器。1997年国外首次在氧化锌材料中实现了光泵浦激发产生紫外激光。2001年，国外利用氧化锌纳米线实现了光泵浦Fabry-Perot(F-P)模式的激光。2008年，国内外利用氧化锌微米线、纳米线实现了低阈值、高品质的光泵浦WGM模式的激光。2011年国外报道利用氧化锌纳米线二极管产生了电泵浦F-P模式的激光。同年，东南大学徐春祥课题组利用ZnO微米线与氮化镓异质结实现了电泵浦WGM模式紫外激光辐射。但是，这两种电泵浦激光辐射的品质因子较低。2018年本申请专利技术人所在课体组利用n-ZnO:Ga微米带实现了电泵浦F-P模式紫外激光，但是阈值相对较高。基于以上的研究背景，设计更高品质因子的ZnO微腔结构，实现低阈值、高品质的电泵浦ZnO紫外激光，这对推广ZnO在紫外激光器方面的应用具有重要的作用。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，包括以下步骤：(1)对石英衬底、玻璃衬底和p-GaN衬底实施超声清洗，保证其干净整洁；(2)在p-GaN衬底的一侧制备Ni/Au合金电极，作为二极管的阳极；(3)将p-GaN衬底与石英衬底紧密贴合，并在石英衬底上制备垫片，保证垫片与p-GaN衬底紧密贴合和平齐；(4)将一根n-ZnO:Ga微米带移置到前述玻璃衬底上，保证n-ZnO:Ga微米带一个面与玻璃衬底贴合，并在n-ZnO:Ga微米带两端按压铟电极；(5)在前述n-ZnO:Ga微米带上定向溅射Ag纳米准粒子薄膜；(6)在步骤(5)中得到的Ag纳米准粒子薄膜包覆的n-ZnO:Ga微米带两端的铟电极上施加电压，直至看到n-ZnO:Ga微米带发光，在发光中心处，Ag纳米准粒子薄膜转化成孤立的AgNPs，得到AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构；(7)对于AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构，去除其铟电极后移置步骤(3)得到的结构上，保证AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端在垫片上，另一端在p-GaN衬底上，保证AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构不接触p-GaN衬底的Ni/Au合金电极；其中，在位于垫片上的AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端按压铟电极，作为二极管的阴极。进一步地，在步骤(1)中，所述超声清洗的方法如下：将待清洗的样品分别放入三氯乙烯溶液、丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中，利用超声清洗机进行超声清洗；然后把样品放入烘箱中烘干，再用氮气吹干。进一步地，在步骤(2)中，将p-GaN衬底用掩模板遮挡一部分，裸露出一部分，裸露的一部分呈圆形状，利用电子束蒸镀法，在p-GaN衬底裸露的部分镀上两层电极形成Ni/Au合金电极，Ni/Au合金电极的厚度为25～35nm。进一步地，在步骤(3)中，采用PMMA将p-GaN衬底粘在石英衬底上，保证PMMA在p-GaN衬底于石英衬底之间透明且无气泡，从而实现p-GaN衬底与石英衬底的紧密贴合。进一步地，在步骤(4)中，取一根n-ZnO:Ga微米带水平放置在玻璃衬底上，在显微镜下操作n-ZnO:Ga微米带，保证n-ZnO:Ga微米带一个面和玻璃衬底贴合；在n-ZnO:Ga微米带两端按压铟电极，保证铟电极、n-ZnO:Ga微米带和玻璃衬底三者紧凑地贴合在一起，构成金属-半导体-金属结构；所述n-ZnO:Ga微米带的电子浓度为1018～1019/cm3，电子迁移率为15～200cm2/V·s；所述铟电极的厚度为1～2um。进一步地，在步骤(5)中，将n-ZnO:Ga微米带两边含铟电极的部分用掩模板遮挡起来，利用磁控溅射仪在n-ZnO:Ga微米带表面溅射一层Ag纳米准粒子薄膜，溅射靶材为Ag靶材，其纯度99.9％，工作气体为氩气，腔体气压为30～32Pa，溅射电流为28～31mA，溅射时间为300～350s，溅射区域为不含两端铟电极的n-ZnO:Ga微米带；所述Ag纳米准粒子薄膜的厚度为30～50nm。进一步地，在步骤(6)中，将Ag纳米准粒子薄膜包裹的n-ZnO:Ga微米带放在显微镜下，调整显微镜，使得n-ZnO:Ga微米带成清晰的像，在其两端的铟电极上施加电压，缓慢增加电压，直到n-ZnO:Ga微米带发光；施加电压的源表能够自由调节电压和电流值，电压的调节范围为0～210V，电流的调节范围为0～100mA。进一步地，所述p-GaN衬底的厚度为300～330um，空穴浓度为5.8*1018～1.5*1019/cm3，空穴迁移率为20～150cm2/V·s。采用上述技术方案带来的有益效果：(1)本专利技术利用AgNPs修饰n-ZnO:Ga微米带，提高了n-ZnO:Ga微米带的微腔质量，利用AgNPs混合四极子共振产生的热电子注入到n-ZnO:Ga微米带中，极大地提高了n-ZnO:Ga微米带的效率，有助于电泵浦n-ZnO:Ga微米带异质结二极管的实现。(2)本专利技术通过构筑AgNPs@n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管结构，在电流注入下，实现了稳定的紫外发光，当注入电流达到一定的阈值，异质结二极管出现激射现象，获得高品质的电泵浦F-P模紫外激光，促进了ZnO二极管在紫外激光领域的应用。附图说明图1为本专利技术AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的扫描电镜图；图2为本专利技术AgNPs@n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管的结构示意图；标号说明：1、石英衬底；2、垫片；3、p-GaN衬底；4、n-ZnO:Ga微米带；5、铟电极；6、Ni/Au合金电极；7、n-ZnO:Ga微米带上的AgNPs；图3为本专利技术AgNPs@n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管的IV曲线图；图4为本专利技术AgNPs@n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管发光图；图5为本专利技术AgNPs@n-ZnO:Ga微米带/p-GaN异质结二极管光谱图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术设计了单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，步骤如下：步骤1：对石英衬底、玻璃衬底和p-GaN衬底实施超声清洗，保证其干净整洁；步骤2：在p-GaN衬底的一侧制备Ni/Au合金电极，作为二极管的阳极；步骤3：将p-GaN衬底与石英衬底紧密贴合，并在石英衬底上制备垫片，保证垫片与p-GaN衬底紧密贴合和平齐；步骤4：将一根n-ZnO:Ga微米带移置到前述玻璃衬底上，保证n-ZnO:Ga微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对石英衬底、玻璃衬底和p-GaN衬底实施超声清洗，保证其干净整洁；/n(2)在p-GaN衬底的一侧制备Ni/Au合金电极，作为二极管的阳极；/n(3)将p-GaN衬底与石英衬底紧密贴合，并在石英衬底上制备垫片，保证垫片与p-GaN衬底紧密贴合和平齐；/n(4)将一根n-ZnO:Ga微米带移置到前述玻璃衬底上，保证n-ZnO:Ga微米带一个面与玻璃衬底贴合，并在n-ZnO:Ga微米带两端按压铟电极；/n(5)在前述n-ZnO:Ga微米带上定向溅射Ag纳米准粒子薄膜；/n(6)在步骤(5)中得到的Ag纳米准粒子薄膜包覆的n-ZnO:Ga微米带两端的铟电极上施加电压，直至看到n-ZnO:Ga微米带发光，在发光中心处，Ag纳米准粒子薄膜转化成孤立的AgNPs，得到AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构；/n(7)对于AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构，去除其铟电极后移置步骤(3)得到的结构上，保证AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端在垫片上，另一端在p-GaN衬底上，且AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构不接触p-GaN衬底的Ni/Au合金电极；其中，在位于垫片上的AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端按压铟电极，作为二极管的阴极。/n...

【技术特征摘要】
1.单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对石英衬底、玻璃衬底和p-GaN衬底实施超声清洗，保证其干净整洁；
(2)在p-GaN衬底的一侧制备Ni/Au合金电极，作为二极管的阳极；
(3)将p-GaN衬底与石英衬底紧密贴合，并在石英衬底上制备垫片，保证垫片与p-GaN衬底紧密贴合和平齐；
(4)将一根n-ZnO:Ga微米带移置到前述玻璃衬底上，保证n-ZnO:Ga微米带一个面与玻璃衬底贴合，并在n-ZnO:Ga微米带两端按压铟电极；
(5)在前述n-ZnO:Ga微米带上定向溅射Ag纳米准粒子薄膜；
(6)在步骤(5)中得到的Ag纳米准粒子薄膜包覆的n-ZnO:Ga微米带两端的铟电极上施加电压，直至看到n-ZnO:Ga微米带发光，在发光中心处，Ag纳米准粒子薄膜转化成孤立的AgNPs，得到AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构；
(7)对于AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构，去除其铟电极后移置步骤(3)得到的结构上，保证AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端在垫片上，另一端在p-GaN衬底上，且AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构不接触p-GaN衬底的Ni/Au合金电极；其中，在位于垫片上的AgNPs@n-ZnO:Ga微米带复合结构的一端按压铟电极，作为二极管的阴极。


2.根据权利要求1所述单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将待清洗的样品分别放入三氯乙烯溶液、丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中，利用超声清洗机进行超声清洗；然后把样品放入烘箱中烘干，再用氮气吹干。


3.根据权利要求1所述单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将p-GaN衬底用掩模板遮挡一部分，裸露出一部分，裸露的一部分呈圆形状，利用电子束蒸镀法，在p-GaN衬底裸露的部分镀上两层电极形成Ni/Au合金电极，Ni/Au合金电极的厚度为25～35nm。


4.根据权利要求1所述单根ZnO微米带F-P模式紫外激光二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜明明，阚彩侠，万鹏，孙雨周，吴裕庭，季姣龙，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32