ZnO微米晶的激光制备装置及发光性能研究

摘要：

ZnO是第三代半导体的代表之一,可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体,尤其以光学气化过饱和析出法(OVSP)制备的ZnO微米晶近年来在光催化、高效多彩光源、高效电致发光等方面显示出重要优势,但其制备成本较高、生产效率低下,阻碍了其大规模器件化的发展.针对上述问题,基于有限元分析的结果,设计并搭建了一套工作波长在1080 nm,功率18％(@2500W)激光加热的微米晶生长装置.以ZnO为原料验证了所研制装置的可行性与实用性.结果表明,该装置制备产物与OVSP法制备产物在形貌、结构、发光性能上非常接近,生产效率得到极大提高(～500％).利用研制的生长装置,成功制备出了具有完整六边形截面形貌的富受主型ZnO单晶微米棒,其直径约为3.8μm,长度达10～20μm.通过拉曼光谱发现,ZnO微米棒的拉曼峰清晰尖锐,位于437 cm-1处的拉曼峰对应Ehigh2模式,所制备微米棒为结晶性较好的六方纤锌矿结构.通过对ZnO微米棒荧光光谱的分析,发现其与OVSP法所制备的ZnO微米管具有类似的紫外双峰结构,表明微米棒内存在大量与锌空位(V Zn)相关的受主缺陷.在80～280 K范围内,随着温度升高,ZnO微米棒的荧光发光峰强度出现"热猝灭-负热猝灭-热猝灭"的反常行为.研究发现,在166～200 K范围内出现的负热猝灭行为与导带底以下477 meV处存在的中间态能级(陷阱中心)有关,在200～280 K范围内出现的热猝灭现象与导带底以下600 meV处非辐射复合中心有关.两者的出现与所制备的ZnO微米棒氧空位(V O)缺陷相关.所研制的激光生长装置具有较高的可行性与实用性,该制备方法为富受主型ZnO单晶微米棒的快速批量生长奠定了技术基础,同时对其在光电器件领域的应用也具有重要意义.

关键词：ZnO微米晶、激光材料加工、拉曼光谱、光致发光光谱

所属期刊栏目：42

分类号：O433(光学)

资助基金：国家自然科学基金;北京市教育委员会科技计划项目

在线出版日期：2022-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：3000-3005