本发明专利技术公开了一种构筑电泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的制备方法。该方法利用气相传输法或水热法制备出ZnO微米棒单晶，然后将单根ZnO微米棒转移到有缓冲层的p型氮化镓(GaN)上，通过对缓冲层的处理，使ZnO微米棒与p型GaN之间形成接触良好的异质结。接着在其表面制备一层绝缘薄膜，采用反应离子刻蚀或者光刻技术把ZnO微米棒表面刻蚀出来，然后将石墨烯转移到ZnO微米棒上，使石墨烯与ZnO微米棒形成良好的接触；最后在p型GaN表面制备金属电极，构成完的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。该方法制备的微激光器利用了石墨烯的高载流子浓度和高透光性，可实现了高品质的紫外激光输出。
【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微米棒并将之与有缓冲层的P型GaN结合，经过对缓冲层的处理，与GaN形成接触良好的Pn结，接着在其表面溅射一层无机透明绝缘薄膜，其次利用反应离子刻蚀或者光刻技术使ZnO微米棒表面暴露，最后将石墨烯转移到ZnO微米棒表面作为电极，并在P型GaN表面制备电极，形成完整的器件。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电泵紫外回音壁模激光。
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、法布里珀罗(F-P)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，由于晶体边界散射严重造成光路中的光学损耗大，因此随机激射阈值十分高，并且激射模式不固定。F-P型激光其工作原理类似于传统的F-P腔激光器，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ZnO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，因此光学损耗极其微弱，所以ZnO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ZnO的紫外激射在光泵浦下已经实现的，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P型ZnO材料。因此研究者通常在P型硅或P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，因此将ZnO微米棒作为微激光器的振荡微腔将是一个理想的选择。η型ZnO微米棒/缓冲层/p型GaN结构的回音壁模微激光器的制备已有报道。但是由于金属电极的不透光性，激光的在出射时造成了很大的损耗。用透明导电薄膜(如氧化铟锡(ITO)，氧锌铝(ZAO)等)作为电极，虽然透光性增强，却牺牲了载流子浓度。石墨烯具有高载流子浓度和高透光性，是作为电极的理想材料。所以我们提出了石墨烯/n型ZnO微米棒/缓冲层/p型GaN这种结构，加入缓冲层既保证了 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，使光损耗会降低，增益提高。同时石墨烯作为电极提高了光的透射率，有利于激光品质的提闻。该方法首先利用气相传输法制备出ZnO微米棒单晶，然后将单根ZnO微米棒转移到有缓冲层的P型GaN上固定,通过对缓冲层的处理,ZnO微米棒与p型GaN之间能形成接触良好的异质结。然后在有ZnO微米棒的P型GaN表面制备一层绝缘薄膜(如Si02，Al203等透明绝缘材料)，接着采用反应离子刻蚀或者光刻技术把ZnO微米棒表面刻蚀出来，最后将石墨烯转移到暴露出ZnO微米棒衬底上，经过低温加压使石墨烯与ZnO微米棒良好接触；在P型GaN表面制备金属电极,构成完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。该方法制备的微激光器可以通过选择不同尺寸的ZnO微米棒以调制激光波长和模式，同时利用石墨烯的导电性和透光性实现高品质的紫外激光输出。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种构筑电泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的方法。其激光输出波长通过调节ZnO微米棒直径得到调控。技术方案本专利技术中，利用气相传输法制备高品质ZnO微米棒，分离出单根ZnO微米棒，并转移到有缓冲层的P型GaN衬底表面，经过处理形成良好的pn结。然后在GaN衬底表面制备一层绝缘薄膜(如Si02，Al2O3等透明绝缘材料)，接着采用反应离子刻蚀或者光刻技术把ZnO微米棒表面刻蚀出来，将石墨烯转移在露出ZnO微米棒的衬底上，经过低温·加压使石墨烯与ZnO微米棒良好接触；最后在P型GaN表面制备金属电极,构成完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。本专利技术采用以下技术方案第一步将纯度均为99. 00 99. 99%的ZnO粉末和碳粉末按照质量比I : I I 2. 5混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，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微米棒阵列生长于娃片表面，第二步将P型GaN经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，利用磁控溅射在P型GaN其表面制备一层厚度20 30纳米的金属锌膜，第三步从ZnO微米棒阵列中挑选单根ZnO微米棒,将之平放转移到第二步制备好的金属锌薄膜表面，随后将之放置于管式炉中在氧氛围中退火I I. 5小时，退火温度是450 500摄氏度，使得20 30纳米厚度的金属锌膜完全成为ZnO膜，该层ZnO薄膜将上层ZnO微米棒和下层P型GaN有效地连接在一起形成了良好的pn结，第四步利用磁控溅射GaN衬底表面镀上一层无机透明绝缘层薄膜，厚度为5 8微米，覆盖ZnO微米棒，第五步采用光刻对透明绝缘薄膜进行刻蚀，刻蚀厚度约I 2微米，使ZnO微米棒表面暴露，第六步将石墨烯转移到GaN表面，覆盖ZnO微米棒，使石墨烯和ZnO微米棒良好的电极接触，第七步通过电子束蒸镀方法，在P型GaN表面制备20 30纳米厚度的Ni-Au电极，最终制备完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。第二种制备方法为第一步将纯度均为99. 00 99. 99%的ZnO粉末和碳粉末按照质量比I : I I 2. 5混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，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微米棒阵列生长于娃片表面，第二步将P型GaN经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，配制的P型聚合物氯仿溶液，旋涂于P型GaN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，保持该转速10 20秒钟，形成厚度20 30纳米的p型聚合物薄膜，第三步从ZnO微米棒阵列中分离出单根ZnO微米棒,将之平放转移至P型聚合物薄膜表面，然后进行温度为100-120摄氏度的加热，该层P型聚合物薄膜将上层ZnO微米棒和下层P型GaN有效地连接在一起形成了良好的pn结，第四步利用磁控溅射GaN表面镀上一层无机透明绝缘层薄膜，厚度为5 8微米，覆盖单根ZnO微米棒，第五步采用反应离子刻蚀，对透明绝缘薄膜进行刻蚀，刻蚀厚度约I 2微米，使 ZnO微米棒表面暴露，第六步将石墨烯转移到GaN衬底表面，覆盖ZnO微米棒，使石墨烯和ZnO微米棒良好的电极接触，第七步通过电子束蒸镀方法，在P型GaN表面制备20 30纳米厚度的Ni/Au电极，最终本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种构筑电泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的制备方法，其特征在于该制备方法为第一步：将纯度均为99.00～99.99％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1∶1～1∶2.5混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，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，第二步：将p型GaN经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，利用磁控溅射在p型GaN其表面制备一层厚度20～30纳米的金属锌膜，第三步：从ZnO微米棒阵列中挑选单根ZnO微米棒，将之平放转移到第二步制备好的金属锌薄膜表面，随后将之放置于管式炉中在氧氛围中退火1～1.5小时，退火温度是450～500摄氏度，使得20～30纳米厚度的金属锌膜完全成为ZnO膜，该层ZnO薄膜将上层ZnO微米棒和下层p型GaN有效地连接在一起形成了良好的pn结，第四步：利用磁控溅射GaN衬底表面镀上一层无机透明绝缘层薄膜，厚度为5～8微米，覆盖ZnO微米棒，第五步：采用光刻对透明绝缘薄膜进行刻蚀，刻蚀厚度约1～2微米，使ZnO微米棒表面暴露，第六步：将石墨烯转移到GaN表面，覆盖ZnO微米棒，使石墨烯和ZnO微米棒良好的电极接触，第七步：通过电子束蒸镀方法，在p型GaN表面制备20～30纳米厚度的Ni？Au电极，最终制备完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。...
【技术特征摘要】
1.一种构筑电泵浦回音壁模ZnO紫外微激光器的制备方法,其特征在于该制备方法为 第一步将纯度均为99. 00 99. 99%的ZnO粉末和碳粉末按照质量比I : I I : 2.5混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，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微米棒阵列生长于娃片表面， 第二步将P型GaN经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气吹干，利用磁控溅射在P型GaN其表面制备一层厚度20 30纳米的金属锌膜， 第三步从ZnO微米棒阵列中挑选单根ZnO微米棒,将之平放转移到第二步制备好的金属锌薄膜表面，随后将之放置于管式炉中在氧氛围中退火I I. 5小时，退火温度是450 500摄氏度，使得20 30纳米厚度的金属锌膜完全成为ZnO膜，该层ZnO薄膜将上层ZnO微米棒和下层P型GaN有效地连接在一起形成了良好的pn结， 第四步利用磁控溅射GaN衬底表面镀上一层无机透明绝缘层薄膜，厚度为5 8微米，覆盖ZnO微米棒， 第五步采用光刻对透明绝缘薄膜进行刻蚀，刻蚀厚度约I 2微米，使ZnO微米棒表面暴露， 第六步将石墨烯转移到GaN表面，覆盖ZnO微米棒，使石墨烯和ZnO微米棒良好的电极接触， 第七步通过电子束蒸镀方法，在P型GaN表面制备20 30纳米厚度的Ni-Au电极，最终制备完整的石墨烯/n型ZnO微米棒/p型GaN异质结微激光器。2.—种构筑电泵...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐春祥，朱刚毅，理记涛，田正山，石增良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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