回音壁模微腔激光二极管的制备方法首先在P型氮化镓薄膜表面旋涂一层P型聚合物半导体薄膜（如聚乙烯基咔唑PVK、聚芴PF、聚对苯乙烯撑PPV、聚-3烷基噻吩P3HT及其衍生物等P型聚合物半导体），然后将单根氧化锌微米棒集成在p型聚合物薄膜表面形成异质结，然后在集成有ZnO微米棒的片子上旋涂一层绝缘薄膜（如：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚二甲基硅氧烷PDMS,二氧化硅SiO2,三氧化二铝Al2O3等有机或者无机透明绝缘材料），通过反应离子刻蚀或者光刻工艺把ZnO微米棒表面暴露，接着在ZnO微米棒表面制备透明电极（如：氧化铟锡ITO、氧化锌铝ZAO等），最后在p型GaN表面制备具有欧姆接触的金属电极，构成完整的器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计利用气相传输法或水热法制备高品质单晶ZnO微米棒，分离出单根 ZnO微米棒并将之与涂有ρ型聚合物薄膜的ρ型GaN结合形成pn结，接着在上面旋涂一层有机或者无机透明绝缘薄膜，其次利用反应离子刻蚀或者光刻工艺使ZnO微米棒表面暴露。接着在ZnO微米棒表面制备透明导电薄膜电极，最后在ρ型GaN表面制备欧姆接触的金属电极。以上述方法和工艺流程获得的发光pn结能够获得高品质的紫外电泵浦回音壁模微激光辐射。
技术介绍
自日本科学家和美国科学家相继发现了 ZnO薄膜和纳米线中的紫外光辐射以来， ZnO成为了设计紫外激光器的理想材料。ZnO微纳米结构中的紫外激射模式可以分为三种随机激光、Fabry-Perot激光，、回音壁模激光。在随机激光中，相干反馈是靠回程散射自发形成的，它通常产生于无序分布纳米颗粒、多晶薄膜以及其它形貌的纳米结构中，激光产生的条件是散射体的尺寸接近或小于波长，激光的传输的路径是在纳米结构的间隙中而不是内部，正反馈机理可以用Anderson定域化理论来解释当光在无序介质中传播时， 若散射光子在介质中的平均自由程小于或等于波长时，光可能产生回程散射，从而形成一个闭合环形光路。若光在沿环路传播过程中的增益大于损耗，并且运行一周相位改变为 2并的整数倍，就可能形成振荡激光。因为晶体边界散射严重，因此随机激光光路中的光学损耗大，通常随机激射阈值十分高，并且激射模式不固定。F-P型激光是由某种带有平行晶面的纳米结构，如纳米线、纳米棒以及纳米薄膜等产生的，两个平行的晶面必须是较理想的平面。其工作原理类似于传统的F-P腔型激光器，两平行面相当于两个腔镜，然而由于ZnO 两端界面处反射率较低，因此F-P模激射的阈值也比较高。回音壁模激射是利用光路在SiO 六边形微米棒中内不断全反射形成的，光学全反射能有效的将光线束缚在腔体内，因此光学损耗及其微弱，所以SiO回音壁模微米棒能输出高品质因子和低阈值的激光辐射。 目前，上述三种模式aio的紫外激射在光学泵浦都可以实现的，人们均采用了脉冲激光器泵浦ZnO微纳米结构以使粒子数发生反转，使得光学增益大于光学损耗以形成激光辐射。现有的研究工作已经开始着力于发展ZnO电致发光，由于人们难以获得稳定的ρ型 ZnO材料。因此研究者通常在ρ型硅或ρ型GaN表面生长ZnO薄膜形成pn结，而这种薄膜 pn结由于缺少合适的腔体结构，只能形成没有固定模式的随机激光。随机激光的稳定性和可重复性不强，而且激光波长是不可控的，所以随机激光仍然是不够理想的。ZnO微米棒具有六角纤维锌矿结构，提供一个理想的激光腔体结构，形成的回音壁模式有较低的激光阈值，固定的激光模式和输出方向。n-ZnO微米棒/ZnO缓冲层/p型GaN结构的回音壁模微腔激光二极管的制备已有报道。这里我们提出了一种新的结构η型ZnO微米棒/p型聚合物半导体/P型GaN，加入ρ型聚合物加入既保证了 pn结构，使各层之间良好的电学接触，又改善了 ZnO微米棒腔体中的全反射条件，使损耗会降低，增益提高。最后在ZnO微米棒表面制备透明导电薄膜来作为电极，规避了金属电极的不透明造成的光损失，提高激光的出射率。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种。其激光输出波长通过调节ZnO微米棒直径得到调控。技术方案在本专利技术中，利用气相传输法或者水热法制备ZnO微米棒阵列，将单根 ZnO微米分散在ρ型GaN衬底上，为实现ρ型GaN和SiO微米棒的有效结合，在GaN和ZnO 微米棒之间引入一层P型聚合物薄膜。从而实现接触截面处晶体完全结合的ρη结。其后在 Pn结上制备有机或无机透明绝缘薄膜，再利用反应离子刻蚀或光刻工艺对透明绝缘薄膜进行刻蚀，使得ZnO微米棒表面暴露。接着利用磁控溅射在ZnO微米棒表面制备透明导电薄膜电极，最后用电子束蒸镀设备在P型GaN表面制备欧姆接触电极。最终获得η-ΖηΟ微米棒/P型聚合物薄膜/P-GaN回音壁模微激光器。本专利技术采用以下技术方案第一步将纯度均为99. 99%的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1 1混合研磨，取适量的混合物填入陶瓷舟内。将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方。随后将陶瓷舟推入温度为1000 1200摄氏度的管式炉中。经过30 60分钟反应，ZnO微米棒阵列生长于硅片表面(见附图1)，单根ZnO微米棒晶体是六角纤维锌矿的晶体结构(见附图2)。也可采用水热法制备ZnO微米棒阵列。第二步将ρ型GaN经过丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干， 配制0. 1 0. 5 mg/mL ρ型有机聚合物(如PVK、PF、PPV、P3HT及其衍生物等)氯仿溶液， 将之旋涂于制备好的样品表面。旋涂速度在2秒钟内由静止状态加速至设定转速2000 4000转/分钟，随后保持该转速20 30秒钟，形成厚度约20 30纳米的ρ型聚合物薄膜。第三步从ZnO微米棒阵列中分离单根ZnO微米棒，将之平放集成至ρ型聚合物薄膜表面，该层薄膜起到了将上层ZnO微米棒和下层ρ型GaN有效地连接在一起形成ρη结。此种方法的既可保证各层之间良好的电学接触，又改善了微腔中的全反射条件(见附图3a)。第四步有两种方案。(1)采用有机透明绝缘薄膜配制4 10 mg/mL有机透明绝缘聚合物(如PMMA，PDMS等)的氯仿溶液，将之旋涂于第三步制备好的样品表面。旋涂速度在2秒钟内由静止状态加速至设定转速2000 4000转/分钟，随后保持该转速20 30 秒钟，形成厚度约5 8微米的有机透明绝缘薄膜。(2)采用无机透明绝缘材料利用磁控溅射或者其他镀膜设备，在第三步制备好的样品表面制备无机透明绝缘薄膜(如Si02，Al2O3等)，厚度5 8微米(见附图3b)。第五步对于第四步制备好的覆盖有约5 8微米有机或无机透明绝缘薄膜的样品，通过反应离子刻蚀或光刻工艺进行刻蚀，刻蚀厚度约1 2微米，将ZnO的表面暴露出来(见附图3c)。第六步通过磁控溅射方法，在ZnO微米棒表面制备20 30 nm厚度的透明导电薄膜(如IT0、ZAO等)形成欧姆接触电极(见附图3d)。第七步通过电子束蒸发方法，在ρ型GaN表面制备20 30 nm厚度Ni/Au薄膜形成欧姆接触电极(见附图3e)。第八步将制得的pn结器件进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。有益效果与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、本专利技术规避了刻蚀法制备回音壁微激光腔的复杂过程，利用边界光滑的单晶ZnO微米棒形成自然的回音壁微腔，其光学损耗小，更利于微激光的形成。2、本专利技术采用的ρ型聚合物缓冲层可保证各层之间良好的电学接触，同时改善 ZnO微腔中的全反射条件，降低损耗，提高增益。4、本专利技术制备n-ZnO微米棒/p型聚合物/p-GaN微激光二极管由于透明绝缘薄膜覆盖，不仅有利于激光的出射，同时固定了器件内部结构，使器件性能稳定，使用寿命增加。5、本专利技术制备n-ZnO微米棒/p型聚合物/p_GaN微激光二极管在ZnO微米棒表面采用透明导电薄膜作为电极，避免了金属电极由于不透明造成的光损失，有利于激光的出射。6、本专利技术制备的ZnO微米棒直径可调，因此微激光器的激光模式和波长可调，产生的电泵浦激光更具有实用价值本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春祥，朱刚毅，戴俊，林毅，石增良，理记涛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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