基于双重SiO₂-ZnO结构的电抽运随机激光器、其制备方法及用途的制作方法

专利名称：基于双重SiO₂-ZnO结构的电抽运随机激光器、其制备方法及用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器、其制备方法及用途。
背景技术：
随机激射是一种产生于无规增益介质中的发光现象，利用光在无规介质中的多重散射来获得持续的光增益，因此制备工艺简单，无需像传统激光一样制备精密的谐振腔。随机激射的发光峰线宽很窄，发光方向随机分布，其独特的性能在成像、平面显示、生物医药、 军事方面具有潜在的应用价值。ZnO材料由于具有较高的光增益系数和折射率，被认为是制备紫外随机激光器的理想材料。
马向阳等利用金属-氧化物-半导体(MOS)结构实现了 ZnO多晶薄膜的电抽运随机激射(X. Y. Ma, P. L. Chen, D. S. Li, Y. Y. Zhang, and D. R. Yang, Electrically pumped ZnO film ultraviolet random lasers on silicon substrate. A ppl. Phys. Lett. 91，2007, 251109);随后，马向阳等利用MOS结构实现了 ZnO纳米棒阵列的电抽运随机激射(X. Y. Ma, J. ff. Pan, P. L. Chen, D. S. Li, H. Zhang, Y. Yang, and D. R. Yang, Room temperature electrically pumped ultraviolet random lasing from ZnO nanorod arrays on Si. Opt. Express. 17, 2009, 14426);专利CN 101588021 B 公布了一种硅基氧化锌纳米棒阵列电抽运随机激光器，该激光器以ZnO多晶薄膜为籽晶层生长出的ZnO纳米线为发光层，在正向偏压下实现了室温电抽运随机激射。以上几种电抽运 ZnO随机激光器均为单重SiO2-ZnO结构，即硅衬底上依次为ZnO发光层、SiO2势垒层以及 Au半透明电极，其随机激射的阈值电流在70 mA左右。
近年来出现的其他结构的ZnO电抽运随机激光器，如pn结结构、p_i_n结构等 (S. Chu, M. Olmedo, Z. Yang, J. Y. Kong, and J. L. Liu, Appl. Phys. Lett. 93, 181106,2008,H. Zhu, C. X. Shan, J. Y. Zhang, Z. Z. Zhang, B. H. Li, D. X. Zhao, B. Yao, D. Z. Shen, X. ff. Fan, Z. K. Tang, X. H. Hou, and K. L. Choy, Adv. Mater. 22，1877,2010)，其随机激射阈值电流基本在30 mA以下，个别器件可低至6 mA。对于电抽运随机激光器来说，过高的电流产生的热效应会使器件的发光效率下降，同时增大了器件集成化的难度。从单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器与其他结构的ZnO电抽运随机激光器的性能对比来看，较高的阈值电流已成为限制单重SiO2-ZnO结构器件集成化、应用化的重要因素。因此，降低阈值电流成为器件性能优化的首要目标。另外，器件的输出光功率为纳瓦量级，距离实际应用还有很大距离，因此提高器件的输出光功率也是一个重要的目标。发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，解决了器件随机激射的阈值电流过高的问题，同时提高了器件的输出光功率。
本发明采用的技术方案为一种电抽运随机激光器，在娃衬底的正面自下而上依次沉积有第一 ZnO薄膜、第一 SiO2 薄膜、第二 ZnO薄膜、第二 SiO2薄膜和半透明电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。
本发明提供的电抽运随机激光器为双重SiO2-ZnO结构，即娃衬底上依次为第一 ZnO薄膜、第一 SiO2薄膜、第二 ZnO薄膜、第二 SiO2薄膜以及Au半透明电极，其中第一、第二 ZnO薄膜为发光层，第一、第二 SiO2薄膜为势垒层，相对于单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，本发明方法提供的电抽运随机激光器的阈值电流显著降低，输出光功率明显提高。 这种效果来自两方面原因第一，在单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，作为发光层的ZnO薄膜与高折射率的硅衬底相邻，ZnO薄膜发出的光有很大一部分会被硅衬底吸收，从而造成光损失；在双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，第二 ZnO薄膜被夹在两层低折射率的第一 SiO2薄膜和第二 SiO2薄膜之间，形成了 Si02/Zn0/Si02的波导结构，将光有效地限制在发光层第二 ZnO薄膜中，更有利于获得较高水平的光增益，减少硅衬底对光的吸收。第二，在单重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，一部分电子会隧穿过SiO2层，无法与空穴复合产生光发射，这样就降低了器件的发光效率；在双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器中，第一 ZnO薄膜中的电子隧穿过第一 SiO2薄膜,还有机会在第二 ZnO薄膜中与空穴复合，这样就提高了载流子的利用效率。
作为优选，所述的第一 ZnO薄膜、第二 ZnO薄膜的厚度为30nm 500nm，更优选的厚度为50 150nm ；所述的第一 SiO2薄膜、第二 SiO2薄膜的厚度为30 lOOrnn，更优选的厚度为40 60nm ；所述的半透明电极的厚度为10 30nm,更优选的厚度为20nm ；所述的半透明电极为半透明Au电极。
本发明的第二个目的是提供一种电抽运随机激光器的制备方法，包括如下步骤1)在硅衬底正面沉积第一ZnO薄膜；2)在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜；3)在第一SiO2薄膜上沉积第二 ZnO薄膜；4)在第二ZnO薄膜上沉积第二 SiO2薄膜；5)在第二SiO2薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极，制得基于双重SiO2-ZnO电抽运随机激光器。
其中，所述的第一 SiO2薄膜、第二 SiO2薄膜采用溶胶-凝胶法制得。
为提高ZnO薄膜的结晶质量，可分别将步骤I)沉积的第一 ZnO薄膜(2)、步骤3) 沉积的第二 ZnO薄膜(4)进行热处理，所述热处理的温度为300 900°C，时间为O. 5 5 小时；其中，热处理气氛优选为氧气，热处理温度优选为600 800°C，时间优选为I 3小时。
为去除溶剂及提高薄膜的绝缘性能，可分别将所述步骤2)沉积的第一 SiO2薄膜CN 102931583 A书明说3/8页(3)、步骤4)沉积的第二 SiO2薄膜(5)进行热处理，所述热处理的温度为300 700°C，时间为O. 5 3小时；其中，热处理气氛优选为空气，热处理温度优选为450 650°C，时间为I 2小时。
此外，本发明还提供了上述的电抽运随机激光器在形成激光成像的光源中的应用，与常用于成像光源的Nd :YAG激光光源相比，采用本发明提供的电抽运随机激光器的激光成像光源能有效地消除像散，提供分辨率更高的成像效果。
本发明的有益效果在于O本发明提供的电抽运随机激光器为双重SiO2-ZnO结构,使得随机激光器的阈值电流显著降低，输出光功率明显提高，具有广阔的应用前景；2)本发明提供的制备方法工艺简单，且能够与现有的CMOS工艺兼容，有利于器件的大规模生产及应用；3)采用本发明提供的电抽运随机激光器的激光成像光源能有效地消除像散，提供分辨率更高的成像效果。


图I为本发明的双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器的结构示意图；图2为实施例I中双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器在不同电流下的发光谱图； 图3为对比实施例I中单重SiO2-Z nO结构的ZnO薄膜电抽运随机激光器在不同电流下的发光谱图；图4为实施例I和对比实施例I中的两种电抽运随机激光器在不同电流下的输出光功率曲线，“〇”对应于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，“·”对应于单重SiO2-ZnO结构的ZnO薄膜电抽运随机激光器；图5为实施例2中双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器在不同电流下的发光谱图。
图中所不1为娃衬底，2为第一 ZnO薄膜,3为第一 SiO2薄膜，4为第二 ZnO薄膜，5为第二 SiO2薄膜，6为半透明电极，7为欧姆接触电极。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明。
如图I所示本发明的双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器的包括在硅衬底I的正面自下而上依次沉积有第一 ZnO薄膜2、第一 SiO2薄膜3、第二 ZnO薄膜4、第二 SiO2薄膜5和半透明电极6，在硅衬底I背面沉积有欧姆接触电极7。
作为优选，所述的第一 ZnO薄膜2、第二 ZnO薄膜4的厚度为30nm 500nm，更优选的厚度为50 150nm ；所述的第一 SiO2薄膜3、第二 SiO2薄膜5的厚度为30 lOOrnn，更优选的厚度为40 60nm ；所述的半透明电极6的厚度为10 30nm，更优选的厚度为20nm ；5所述的半透明电极6为半透明Au电极。
实施例I1)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积100 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)在氧气气氛、7001的温度下对第一 ZnO薄膜进行热处理2小时；3)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TEOS):乙醇(EtOH)=I: 10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以3500转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 50nm的第一 SiO2薄膜；4)在空气中于550°C对第一 SiO2薄膜进行I小时热处理；5)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积100 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；6)将制得的第二ZnO薄膜在氧气气氛、700°C的温度下进行热处理2小时；7)利用溶胶-凝胶法在热处理后的第二ZnO薄膜上沉积厚度为50nm的第二 SiO2薄膜， 制备方法与步骤3)相同；8)在空气中于550°C对第二 SiO2薄膜进行I小时热处理；9)在第二SiO2薄膜上溅射沉积20nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
对比实施例I单重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器的制备重复实施例I的步骤I) 步骤4)、步骤9)，省略步骤5) 步骤8)，制得基于单重SiO2/ ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Au)的电抽运随机激光器。
分别将实施例I和对比实施例I制得的两种电抽运随机激光器的正面Au电极连接直流电源的正极，硅衬底背面的Au电极连接直流电源的负极，测试两个器件在不同注入电流下的电致发光光谱，其发光谱图如分别如图2、图3所示，光谱中的尖锐峰是由ZnO的随机激光引起的。对双重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器而言，当注入电流仅为2 mA时， 随机激射即可发生(如图2所示)；而对单重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器而言，注入电流需达到15 mA时，随机激射才能发生(如图3所示)。
图4是双重Si02/Zn0结构、单重Si02/Zn0结构两种电抽运随机激光器在不同电流下的输出光功率曲线，可以看到当注入电流大于某一阈值时，输出功率随电流增长得更快,这是激光的典型特征。另外还可以看到双重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器的阈值电流约为2 mA，而单重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器的阈值电流为14 mA。在相同电流下，双重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器的实测光输出功率为单重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器的2倍左右。这一结果有力地说明，相比于单重Si02/Zn0结构，双重SiO2/CN 102931583 A书明说5/8页ZnO结构可以显著地降低电抽运随机激光的阈值电流，提高光输出功率。
实施例21)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积300 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)在氧气气氛、6001的温度下对第一 ZnO薄膜进行热处理I小时；3)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TEOS):乙醇(EtOH)=I: 10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以2500转/分钟的速度 旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 IOOnm的第一 SiO2薄膜；4)在空气中于650°C对第一 SiO2薄膜进行I小时热处理；5)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积300 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；6)将制得的第二ZnO薄膜在氧气气氛、600 °C的温度下进行热处理I小时；7)利用溶胶_凝胶法在热处理后的第二ZnO薄膜上沉积厚度为IOOnm的第二 SiO2薄膜，制备方法与步骤3)相同；8)在空气中于650°C对第二 SiO2薄膜进行I小时热处理；9)在第二SiO2薄膜上溅射沉积20nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
将上述随机激光器中的正面Au电极连接直流电源的正极，硅衬底背面的Au电极连接负极，测试该随机激光器在不同注入电流下的电致发光光谱，以对比实施例I中的单重Si02/Zn0结构器件为参比器件。如图5所示，当注入电流仅为4 mA时，随机激射即可发生。而对单重Si02/Zn0结构的电抽运随机激光器而言，注入电流需达到15 mA时，随机激射才能发生(如图3所示)。这一结果说明，相比于单重Si02/Zn0结构，双重Si02/Zn0结构可以显著地降低电抽运随机激射的阈值电流；当ZnO、SiO2薄膜制备条件改变时，电抽运随机激射的阈值电流降低的程度会随之改变。
实施例31)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积30 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)在氧气气氛、3001的温度下对第一 ZnO薄膜进行热处理O. 5小时；3)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅7酸乙酯(TE0S):乙醇(Et0H)=l:10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以4500转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 30nm的第一 SiO2薄膜；4)在空气中于300°C对第一 SiO2薄膜进行O. 5小时热处理；5)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积30 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；6)将制得的第二ZnO薄膜在氧气气氛、300 °C的温度下进行热处理O. 5小时；7)利用溶胶-凝胶法在热处理后的第二ZnO薄膜上沉积厚度为30nm的第二 SiO2薄膜， 制备方法与步骤3)相同；8)在空气中于300°C对第二 SiO2薄膜进行O. 5小时热处理；9)在第二SiO2薄膜上溅射沉积20nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
实施例41)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积500 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)在氧气气氛、9001的温度下对第一 ZnO薄膜进行热处理5小时；3)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TE0S):乙醇(Et0H)=l:10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以4000转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 40nm的第一 SiO2薄膜；4)在空气中于700°C对第一 SiO2薄膜进行3小时热处理；5)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积500 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；6)将制得的第二ZnO薄膜在氧气气氛、900 °C的温度下进行热处理5小时；7)利用溶胶-凝胶法在热处理后的第二ZnO薄膜上沉积厚度为40nm的第二 SiO2薄膜， 制备方法与步骤3)相同；8)在空气中于700°C对第二 SiO2薄膜进行3小时热处理；9)在第二SiO2薄膜上溅射沉积IOnm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
实施例5I)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15 mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积200nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TEOS):乙醇(EtOH)=I: 10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以3000转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 60nm的第一 SiO2薄膜；3)在空气中于450°C对第一 SiO2薄膜进行2小时热处理；4)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积200nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；5)利用溶胶_凝胶法在第二ZnO薄膜上沉积厚度为60nm的第二 SiO2薄膜，制备方法与步骤2)相同；6)在空气中于450°C对第二 SiO2薄膜进行2小时热处理；7)在第二SiO2薄膜上溅射沉积30nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
实施例61)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积80 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)在氧气气氛、8001的温度下对第一 ZnO薄膜进行热处理3小时；3)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TEOS):乙醇(EtOH)=I: 10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以2800转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 80nm的第一 SiO2薄膜；4)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积80 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；5)将制得的第二ZnO薄膜在氧气气氛、800 °C的温度下进行热处理3小时；6)利用溶胶-凝胶法在热处理后的第二ZnO薄膜上沉积厚度为80nm的第二 SiO2薄膜， 制备方法与步骤3)相同；7)在第二SiO2薄膜上溅射沉积15nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
实施例7I)取电阻率为0.005欧姆厘米、大小为15Λ15 mm2、厚度为675微米的N型〈100〉硅片作为衬底，清洗后放入射频溅射装置的反应室中，在硅衬底正面利用射频溅射的方法沉积80 nm厚的第一 ZnO薄膜，溅射条件为真空度为5 X 10_3Pa，采用陶瓷ZnO靶进行溅射， 衬底温度500 V，溅射功率100 W，通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1:2，工作压强为4 Pa ；2)利用溶胶_凝胶法在第一ZnO薄膜上沉积第一 SiO2薄膜，具体步骤如下配制正硅酸乙酯(TEOS):乙醇(EtOH)=I: 10 (摩尔比)的前驱体溶液，并加入微量的HCl作为催化剂， 搅拌2小时后，作为SiO2的前驱体溶胶，在第一 ZnO薄膜上以2800转/分钟的速度旋涂一层SiO2的前驱体溶胶薄膜，接着在100 °C下烘干20分钟，在第一 ZnO薄膜上沉积厚度为 80nm的第一 SiO2薄膜；3)利用射频溅射的方法在第一SiO2薄膜上沉积80 nm厚的第二 ZnO薄膜，溅射条件与步骤I)相同；4)利用溶胶_凝胶法在第二ZnO薄膜上沉积厚度为80nm的第二 SiO2薄膜，制备方法与步骤2)相同；5)在第二SiO2薄膜上溅射沉积15nm厚的半透明Au电极，在硅衬底背面溅射沉积100 nm厚的Au电极，制得基于双重SiO2-ZnO结构(由硅衬底向上依次为Si/Zn0/Si02/Zn0/Si02/ Au)的电抽运随机激光器。
需要说明的是，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种电抽运随机激光器，其特征在于在硅衬底(I)的正面自下而上依次沉积有第一 ZnO薄膜(2)、第一 SiO2薄膜(3)、第二 ZnO薄膜(4)、第二 SiO2薄膜(5)和半透明电极(6)，在硅衬底(I)背面沉积有欧姆接触电极(7)。
2.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的第一ZnO薄膜(2)、第二 ZnO薄膜⑷的厚度为30nm 500nm。
3.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的第一SiO2薄膜(3)、第二 SiO2薄膜(5)的厚度为30 lOOnm。
4.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的半透明电极(6)的厚度为10 30nm。
5.根据权利要求I所述的电抽运随机激光器，其特征在于所述的半透明电极(6)为半透明Au电极。
6.一种电抽运随机激光器的制备方法，包括如下步骤 1)在硅衬底(I)正面沉积第一ZnO薄膜(2); 2)在第一ZnO薄膜(2)上沉积第一 SiO2薄膜(3)； 3)在第一SiO2薄膜(3)上沉积第二 ZnO薄膜(4)； 4)在第二ZnO薄膜(4)上沉积第二 SiO2薄膜(5)； 5)在第二SiO2薄膜(5)上溅射半透明电极￠)，在硅衬底(I)背面溅射欧姆接触电极(7)，制得基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的第一SiO2薄膜(3)、第二 SiO2薄膜(5)采用溶胶-凝胶法制得。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于分别将步骤I)沉积的第一ZnO薄膜(2)、步骤3)沉积的第二 ZnO薄膜(4)进行热处理，所述热处理的温度为300 900°C，时间为O. 5 5小时。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于分别将所述步骤2)沉积的第一SiO2薄膜(3)、步骤4)沉积的第二 SiO2薄膜(5)进行热处理，所述热处理的温度为300 700°C，时间为O. 5 3小时。
10.权利要求I 5任一项所述的电抽运随机激光器在形成激光成像的光源中的应用。
全文摘要
本发明提供一种基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器，包括在硅衬底的正面自下而上依次沉积有第一ZnO薄膜、第一SiO2薄膜、第二ZnO薄膜、第二SiO2薄膜和半透明电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。本发明还提供了该激光器的制备方法，其步骤为1)在硅衬底正面沉积第一ZnO薄膜，2)在第一ZnO薄膜上沉积第一SiO2薄膜，3)在第一SiO2薄膜上沉积第二ZnO薄膜，4)在第二ZnO薄膜上沉积第二SiO2薄膜，5)在第二SiO2薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极，即制得基于双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器。本发明方法制得的双重SiO2-ZnO结构的电抽运随机激光器的阈值电流显著降低，光输出功率明显提高。并且，本发明的制备方法工艺简单，且能够与现有的CMOS工艺兼容，有利于器件的大规模生产及应用。
文档编号H01S5/30GK102931583SQ201210490468
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者马向阳, 李云鹏, 杨德仁 申请人:浙江大学