电子束泵浦氧化锌基量子阱发光与器件研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:bilchen18
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国内外对紫外发光、激光器件的研发热潮不断。相对于电注入,电子束泵浦的方式具有规避电极接触困难,和不受p型掺杂瓶颈限制的优势;与光泵器件相比,更易集成小型化器件。此外,与光泵浦和电注入相比,电子束激励方式下有源区可以更大,从而可提高器件输出功率。氧化锌材料由于兼备带隙(3.37eV)宽,激子结合能(60meV)大等优势,在紫外发光二极管、半导体激光器等方面具有广阔的应用前景。针对目前国际上电子束泵浦发光器件研究方面的不足,以及电子束泵浦氧化锌基量子阱紫外发光器件的研究空白,本论文在金属有机物化学气相沉积和分子束外延技术制备的ZnO基量子阱结构上,开展了电子束泵浦发光特性的研究。利用量子阱结构自吸收弱的优势和非对称量子阱量子阱中的激子隧穿,降低了量子阱结构的最佳工作电压,研究了大束流下量子阱的斯塔克效应,初步探索了电子束泵浦氧化锌基量子阱的超辐射行为,提高了量子阱发光的内量子效率;合金表面等离激元对氧化锌基材料的光致和电子束泵浦发光表现出了波长选择性增强。具体内容概述如下:一、针对器件小型化需要,最佳工作电压益不超过5KV。一般而言,量子效率低和自吸收强是制约电子束泵浦半导体器件的瓶颈。非对称阱设计促成的宽阱中激子浓度提高,降低了器件的最佳工作电压。观察到了大束流电子束泵浦下的量子限域斯塔克效应。由于发现不随穿透深度而变化的阱区发光峰红移,从而排除红移来源于自吸收过程的可能,证明了电子束泵浦条件下量子限域斯塔克效应的存在。二、观测到电子束泵浦下的超辐射现象。发光的积分强度随泵浦功率超线性增加是超辐射现象的重要判据。非对称阱比对称阱更明显的超线性行为,其原因被归结为激子隧穿注入增强了泵浦效率。针对一般电子束泵浦发光器件内量子效率较低的情况,设计结构提高了内量子效率。与对称量子阱相比,氧化锌基非对称双量子阱发光的内量子效率提高了约百分之五十。光致发光光谱和时间分辨光谱测试结果都表明,非对称阱中存在激子从窄阱向宽阱的隧穿注入。这提高了非对称阱发光的内量子效率。三、设计并蒸镀银铝合金薄膜,使表面等离激元的共振能量恰好和氧锌镁薄膜374nm紫外发光峰位匹配,缺陷发光受到选择性抑制,近带边的紫外发射得到增强,光致发光的增强可达到约150倍。我们证明了合适比例表面粗糙银铝合金薄膜的表面等离激元的共振能量波长可以调至374nm左右的紫外波段,对电子束泵浦和光致发光的影响都有明显的波长选择性。
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