ZnO以其直接帶隙、寬禁帶(3.37eV),高激子束縛能(60 meV)等特點(diǎn),成為構(gòu)建短波長光電子器件的重要候選材料。近年來,研究者們圍繞如何提高ZnO微腔的光學(xué)性能以及如何實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動激光等方向開展了大量的工作。表面等離激元的高光場局域特性和近場增強(qiáng)特性使其成為提高ZnO光學(xué)性能的有效手段。設(shè)計(jì)新型器件結(jié)構(gòu)提高電子注入效率、減少界面損耗,是實(shí)現(xiàn)高性能小尺寸半導(dǎo)體激光器的關(guān)鍵策略。本文旨在研究氧化鋅微腔的光致發(fā)光增強(qiáng)與電致發(fā)光,從不同微腔的激光特性研究到表面等離激元增強(qiáng)ZnO發(fā)光和增益與損耗調(diào)控等方面充分認(rèn)識ZnO的光致發(fā)光。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)新型器件結(jié)構(gòu),引入新材料來研究ZnO電致發(fā)光中的光譜振蕩與激射。本論文主要研究內(nèi)容如下:1.制備高質(zhì)量ZnO微米棒,引入表面等離激元效應(yīng)增強(qiáng)ZnO發(fā)光。采用多光束激發(fā)等手段研究了Au/ZnO復(fù)合微腔中激光增強(qiáng)現(xiàn)象,探索電子轉(zhuǎn)移機(jī)制;引入O₂等離子體刻蝕技術(shù)設(shè)計(jì)了不同石墨烯/ZnO界面,采用光譜和壽命同步測試的手段研究復(fù)合微腔中的激光增強(qiáng),探索能量散射機(jī)制。2.設(shè)計(jì)增益損耗競爭結(jié)構(gòu)調(diào)控ZnO微腔的激光。研究體增益對ZnO微腔的模...

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 ZnO的晶體與能帶結(jié)構(gòu)
    1.2 ZnO的制備方法與形貌特性
    1.3 ZnO微腔的光致發(fā)光概述
        1.3.1 ZnO微腔的自發(fā)輻射
        1.3.2 ZnO微腔的受激輻射
        1.3.3 ZnO微腔的自發(fā)與受激輻射增強(qiáng)
    1.4 ZnO微腔的電致發(fā)光概述
        1.4.1 ZnO發(fā)光二極管
        1.4.2 ZnO激光二極管
        1.4.3 ZnO發(fā)光器件中的性能調(diào)控
    1.5 論文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 材料制備與測試系統(tǒng)
    2.1 ZnO樣品的制備
        2.1.1 水熱制備ZnO微米棒
        2.1.2 化學(xué)氣相沉積法制備ZnO微米棒
    2.2 界面修飾材料的制備
        2.2.1 表面等離激元材料的制備
        2.2.2 電子阻擋層材料的制備
    2.3 測試設(shè)備與測試方法
        2.3.1 形貌與結(jié)構(gòu)表征儀器
        2.3.2 光學(xué)測試平臺
        2.3.3 電學(xué)測試平臺
    2.4 自搭建的光電測試系統(tǒng)
        2.4.1 基于液氮冷卻系統(tǒng)的變溫光譜與壽命聯(lián)用系統(tǒng)
        2.4.2 基于液氮冷卻系統(tǒng)的變溫微區(qū)電學(xué)測試系統(tǒng)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 ZnO微腔的紫外激光與增強(qiáng)
    3.1 研究背景
    3.2 ZnO微米棒的光學(xué)特性
    3.3 金屬表面等離激元增強(qiáng)ZnO微米棒發(fā)光
        3.3.1 Au/ZnO復(fù)合微腔中的熒光增強(qiáng)
        3.3.2 Au/ZnO復(fù)合微腔中的激光增強(qiáng)
        3.3.3 Au/ZnO復(fù)合微腔中激光的可控增強(qiáng)
    3.4 石墨烯增強(qiáng)ZnO微米棒的激光
        3.4.1 石墨烯增強(qiáng)ZnO激光的原理
        3.4.2 石墨烯增強(qiáng)ZnO激光的實(shí)驗(yàn)觀測
        3.4.3 不同界面粗糙度下石墨烯增強(qiáng)ZnO激光
    3.5 本章小結(jié)
第四章 損耗與增益競爭下的ZnO激光調(diào)控
    4.1 研究背景
    4.2 腔體增益調(diào)控下的ZnO激光
        4.2.1 水熱ZnO/石墨烯復(fù)合微腔的制備
        4.2.2 水熱ZnO/石墨烯復(fù)合微腔的光學(xué)特性研究
        4.2.3 腔體增益相關(guān)的激光模式調(diào)控
    4.3 界面損耗調(diào)控下的ZnO激光
        4.3.1 ZnO/GaN之間的界面損耗
        4.3.2 不同損耗增益界面的構(gòu)建
        4.3.3 腔體增益與損耗競爭下的激光強(qiáng)度調(diào)控
        4.3.4 Al表面等離激元降低界面損耗的原理
    4.4 本章小結(jié)
第五章 ZnO微腔的電致發(fā)光與界面優(yōu)化
    5.1 研究背景
    5.2 ZnO微米棒/p-GaN發(fā)光二極管
        5.2.1 器件制備過程
        5.2.2 器件光電性能表征
        5.2.3 器件能帶結(jié)構(gòu)分析
    5.3 ZnO微米棒/MgO/GaN發(fā)光二極管
        5.3.1 器件制備過程
        5.3.2 器件光電性能測試
        5.3.3 器件能帶結(jié)構(gòu)與光譜分解
    5.4 ZnO微米棒/MgO/石墨烯/GaN發(fā)光二極管
        5.4.1 器件制備過程
        5.4.2 器件結(jié)構(gòu)和性能分析
        5.4.3 石墨烯在器件中的作用分析
    5.5 ZnO微米棒/AlN/p-GaN發(fā)光二極管
        5.5.1 器件制備過程
        5.5.2 器件電學(xué)特性研究
    5.6 本章小結(jié)
第六章 基于ZnO微腔的電致發(fā)光與模式振蕩
    6.1 研究背景
    6.2 微探針驅(qū)動的ZnO基發(fā)光二極管
        6.2.1 器件制備過程
        6.2.2 器件光電特性分析
        6.2.3 不同供電方式下器件光譜比較
    6.3 ZnO:Ga/p-GaN發(fā)光二極管
        6.3.1 器件制備過程
        6.3.2 器件光電性能分析
    6.4 ZnO微米片/p-GaN發(fā)光二極管
        6.4.1 器件制備過程
        6.4.2 ZnO微米片光學(xué)性能研究
        6.4.3 器件能帶分析與光譜分解
        6.4.4 器件電致發(fā)光光譜振蕩分析
    6.5 ZnO微米棒/AlN/GaN激光二極管
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 論文結(jié)論
    7.2 未來ZnO研究工作的幾點(diǎn)展望
致謝
參考文獻(xiàn)
博士期間發(fā)表論文及其他學(xué)術(shù)成果



本文編號：3802549