《ZnO基垂直腔面發射雷射器製備及其關鍵科學問題研究》是依託大連理工大學,由杜國同擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO基垂直腔面發射雷射器製備及其關鍵科學問題研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：杜國同
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
紫外、近紫外雷射器在高密度信息存儲、光譜分析、醫學診斷、大氣及海底探測、微電子學、空間光通訊、光化學等領域有廣泛的套用前景。目前熱點研究的ZnO材料，正是這樣一種新型的直接帯隙紫外光電材料，其禁頻寬度~3.3eV，帶邊躍遷光子波長為~380nm，特別是其激子束縛能高，為60meV，激子增益高，非常適合製備雷射器件。經過人們十幾年的努力，ZnO基紫外發光二極體的電注入發光已初步實現，也有電注入激子受激發射實現的報導，但是，器件發光效率都非常低，功率很小，大多數是隨機散射諧振腔雷射，雷射的方向性很差，都只是觀察到一些激射的現象，離實現良好的電注入發光與激射還有很大距離，還都算不上真正的半導體雷射器件。由此，我們創新地提出研製有諧振腔的、有一定輸出功率、進一步可實用化的垂直腔面發射ZnO基雷射器。如能研製成功，將是ZnO光電材料與光電器件領域的重大突破，有重要的科學意義和巨大的實用價值。
結題摘要
紫外、近紫外雷射器在高密度信息存儲、光譜分析、醫學診斷、空間光通訊等領域有廣泛的套用前景。目前熱點研究的ZnO材料，正是這樣一種新型的直接帯隙紫外光電材料，非常適合製備雷射器件。經過人們十幾年的努力，ZnO基紫外發光二極體的電注入發光已初步實現，也有電注入激子受激發射實驗的報導，但是，器件發光效率都非常低，功率很小，大多數是隨機散射諧振腔雷射，都只是觀察到一些激射的現象。由此，本項目提出研製有諧振腔的的垂直腔面發射ZnO基雷射器。 在本項目執行期間，我們做了以下4方面的研究工作： 1、改造了自行設計加工的MOCVD設備，在反應室中增加了光照系統，採用光輔助和增加反應室壓強等改進工藝，提高了生長的ZnO薄膜質量；在藍寶石襯底生長的ZnO薄膜XRD ω掃描半高寬由500弧秒左右降至270弧秒左右，載流子遷移率＞70 cm2/V∙s。 2、進行了ZnO外延薄膜的p型摻雜試驗研究，主要進行了磷摻雜試驗研究和銅摻雜試驗研究。均獲得了p型ZnO外延薄膜，載流子濃度在1017量級。 3、為了考察AlGaN外延層對載流子限制作用和其界面氧化對器件特性的影響情況，我們製備了三種器件結構。一種是Al含量固定為0.4的n-ZnO /p-Al0.4Ga0.6N/ p-GaN LED結構，另一種是Al含量漸變的n-ZnO/p-graded-AlxGa1-xN/p-GaN 的LED結構，還有n-ZnO/p-GaN結構LED。通過對這三種器件電致發光的比較，說明p-graded-AlxGa1-xN結構有利於載流子注入並限制在ZnO層複合發光；沒有明顯看出AlGaN限制層中的Al氧化引起的I-V特性變化。 4、製備了幾種ZnO基雷射器件 （1）製備了p-ZnO:P/n-GaN組合雷射器，器件實現了隨機電注入受激發射，典型的激射閾值為9mA。 （2）在Si襯底上製備了帶有SiO2電流限制層的ZnO基雷射器，該器件在較低的閾值電流（3.9 mA）下實現了ZnO的隨機雷射。 （3）製備了p-ZnO:As/Ga2O3/n-GaN組合垂直腔面發射雷射器，該器件表現出二極體I-V特性，正嚮導通電壓3.2V左右。器件實現了電注入受激發射，測得的器件最低激射閾值為4mA。 項目執行期間出站博士後1名，培養博士研究生3名，進行了國際合作和交流，較好地全面完成了項目任務。
