[发明专利]一种基于n-ZnO/PEDOT/HfO2

说明书

本发明公开了一种基于n‑ZnO/PEDOT/HfO₂/p‑GaN的紫外激光二极管及制备方法，二极管包括：n‑ZnO纳米棒、p‑GaN薄膜、PEDOT薄膜、HfO₂薄膜、PMMA保护层和金属电极；方法包括如下步骤：采用磁控溅射法在p‑GaN薄膜上沉积一定厚度的HfO₂薄膜，然后在HfO₂薄膜上旋涂PEDOT薄膜，再旋涂分散了ZnO纳米棒的乙醇溶液，加热烘干，旋涂PMMA保护层，至PMMA保护层漫过n‑ZnO纳米棒，加热使PMMA保护层凝固，然后利用氧等离子体刻蚀，将PMMA保护层刻蚀至n‑ZnO纳米棒露出，分别在p‑GaN薄膜和n‑ZnO纳米棒上制备金属电极，构成完整的器件。本发明能够有效降低界面处的光学损耗，增加载流子注入效率，实现电场驱动下的紫外激光行为。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其是一种基于n-ZnO/PEDOT/HfO₂/p-GaN的紫外激光二极管及制备方法。

背景技术

纳米激光器具有模式体积小、阈值低以及尺寸小等优势，在显示、检测、生物、通讯以及光互联等领域应用前景广泛，引起了人们极大的兴趣。然而，传统的纳米激光器普遍存在光学增益差、损耗大的问题。因此，有效地限制光场，提高增益，减少损耗是一个基本和关键的思想。在光泵浦纳米激光器中，人们通过构建MIS结，引入表面等离激元，以及核壳结构等方法来限制光场，提高增益，实现了很明显的光约束作用，并且成功突破衍射极限。如ZnO/SiO₂/Au、ZnO/G、ZnO/Al等。虽然在光泵浦纳米激光器中能够有效的限制光场，但是在电泵浦激光器中，不仅要考虑光场的局域，更要兼顾载流子传输和界面接触问题。因此即使ZnO纳米激光器在光泵浦领域硕果累累，但是由于得不到稳定的p-ZnO，基于经典量子阱结构设计和制备半导体激光二极管的道路被阻断，很难实现良好的ZnO电泵浦激光，特别是小尺寸的电泵浦激光器。

p-GaN不仅具有相同的纤锌矿结构和相似的电子性质，也具有成熟的p型掺杂技术，是代替p-ZnO的理想材料。然而，ZnO与GaN在370-400nm的增益谱范围内具有相似的折射率。低折射率对比度会导致很难获得高束缚因子,同时这也会造成较高的腔损耗。因此，ZnO/GaN界面处的损耗极大的限制了ZnO基紫外发光器件的性能。此外，不良的电学接触和能级结构也会对载流子的传输造成严重阻碍。因此，使用一种或多种相对于ZnO纳米腔，折射率低得多、能与之形成完美电学接触且能级匹配的材料至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于n-ZnO/PEDOT/HfO₂/p-GaN的紫外激光二极管及制备方法，能够有效降低界面处的光学损耗，增加载流子注入效率，实现电场驱动下的紫外激光行为。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于n-ZnO/PEDOT/HfO₂/p-GaN的紫外激光二极管，包括：n-ZnO纳米棒、p-GaN薄膜、PEDOT薄膜、HfO₂薄膜、PMMA保护层和金属电极；首先在p-GaN薄膜上溅射一层HfO₂薄膜，然后依次旋涂PEDOT薄膜、n-ZnO纳米棒和PMMA薄膜，再将PMMA保护层刻蚀至n-ZnO纳米棒露出，最后在p-GaN薄膜和n-ZnO纳米棒上制备金属电极，最终构成完整的器件。

优选的，ZnO纳米棒，直径为400～800nm，长度为5000～15000nm。

优选的，HfO₂薄膜厚度为5～20nm。

优选的，PEDOT薄膜厚度为20～40nm，折射率为1.4～1.6。

优选的，金属电极为Au电极，位于ZnO和GaN表面，厚度为20～60nm。

相应的，一种基于n-ZnO/PEDOT/HfO₂/p-GaN的紫外激光二极管的制备方法，包括如下步骤：