阵列化纳米等离子体激光器关键技术研究

发布时间：2019-10-13 12:01

【摘要】：半导体激光器是世界上发展最快、应用最广泛、最早走出实验室实现商用化且产值最大的一类激光器。但随着进入二十一世纪,无论工业还是军用领域,对激光器波长和尺寸等参数的要求逐步提高,基于氧化锌(ZnO)纳米线的半导体纳米激光器的出现,再一次引起了科研工作者们的研究热潮。本文主要包括以下三个研究内容:首先,本文提出基于半导体纳米线/介质膜层/金属膜层/衬底结构的纳米等离子体激光器,并针对此结构使用纳米光子学软件COMSOL进行了模拟及仿真,验证了该半导体纳米线/介质膜层/金属膜层/衬底结构的优越性。其次,本文详细介绍了在p型氮化镓(p-GaN)衬底上生长高质量的n型氧化锌(n-ZnO)纳米线的工艺及讨论。采用化学气相沉积的方法,在氮化镓(GaN)衬底上合成制备氧化锌纳米线阵列,并使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行观察、表征、记录,发现氧化锌在[001]取向上优先生长;改变生长条件,摸索出各参数影响样品生长形貌的规律。然后在此基础上进行溅射,先溅射一层绝缘的介质膜层,后溅射一层贵金属银膜层,形成最终所设计半导体纳米线/介质膜层/金属膜层/衬底的结构。之后,本论文进行了纳米等离子体激光器器件的设计及制作,详细介绍了纳米等离子体激光器的制作加工工艺以及各组件的作用。经过镀膜、电极工艺等最终制作完成纳米等离子体激光器。最后,本文对制备的样品的光学特性和电学特性进行了测试,测试参数主要有光致发光光谱、电致发光光谱、I-V特性曲线,本文还对样品电泵浦发光下的偏振特性、制冷与非制冷情况下电致发光的功率对比进行了测试。分析室温下的光致发光光谱发现,在紫外激光器的激励下,样品有很明显尖锐的紫外峰(约382 nm)出现。并对比了CVD生长完的样品和做了溅射加工后的样品的光致发光光谱,证实了表面等离子体对光波场模式的约束限制及增强作用。通过测试其I-V特性,样品展示出了单向导通的二极管特性,而且证实在电压正接的情况下,n-ZnO/介质膜层/金属膜层/p-GaN异质结结构样品可观察到明显的紫外光出射。
【图文】：

.1.3 国内外发展现状2001 年，杨培东课题组制备出了<0001>取向的氧化锌材料纳米线阵列[5]，图 1-1(a)所示。采用化学气相沉积法(CVD)能够制备出准直性好、均匀性高的锌纳米线阵列，，纳米线两个端面之间形成了天然的谐振腔如下图 1-1(b)所示在室温下，纳米线经光泵浦后观察到紫外激光出射，激光脉宽小于 0.3 nm。

膜包裹的半导体柱腔异质结激光器结构与三维方向的模场 ~(b)激光器结构图；(c)~ (e)模场强度仿真图图 1-3 低温下电泵浦光谱测试及线宽测试[6](a)10 K 下泵浦电流为 200 mA 时的激射光谱
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

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本文编号：2548657