ZnO微腔的紫外发光增强与器件研究
发布时间：2023-04-27 01:04
ZnO以其直接带隙、宽禁带(3.37eV),高激子束缚能(60 meV)等特点,成为构建短波长光电子器件的重要候选材料。近年来,研究者们围绕如何提高ZnO微腔的光学性能以及如何实现电驱动激光等方向开展了大量的工作。表面等离激元的高光场局域特性和近场增强特性使其成为提高ZnO光学性能的有效手段。设计新型器件结构提高电子注入效率、减少界面损耗,是实现高性能小尺寸半导体激光器的关键策略。本文旨在研究氧化锌微腔的光致发光增强与电致发光,从不同微腔的激光特性研究到表面等离激元增强ZnO发光和增益与损耗调控等方面充分认识ZnO的光致发光。在此基础上,设计新型器件结构,引入新材料来研究ZnO电致发光中的光谱振荡与激射。本论文主要研究内容如下:1.制备高质量ZnO微米棒,引入表面等离激元效应增强ZnO发光。采用多光束激发等手段研究了Au/ZnO复合微腔中激光增强现象,探索电子转移机制;引入O2等离子体刻蚀技术设计了不同石墨烯/ZnO界面,采用光谱和寿命同步测试的手段研究复合微腔中的激光增强,探索能量散射机制。2.设计增益损耗竞争结构调控ZnO微腔的激光。研究体增益对ZnO微腔的模...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 ZnO的晶体与能带结构
1.2 ZnO的制备方法与形貌特性
1.3 ZnO微腔的光致发光概述
1.3.1 ZnO微腔的自发辐射
1.3.2 ZnO微腔的受激辐射
1.3.3 ZnO微腔的自发与受激辐射增强
1.4 ZnO微腔的电致发光概述
1.4.1 ZnO发光二极管
1.4.2 ZnO激光二极管
1.4.3 ZnO发光器件中的性能调控
1.5 论文主要研究内容与创新点
第二章 材料制备与测试系统
2.1 ZnO样品的制备
2.1.1 水热制备ZnO微米棒
2.1.2 化学气相沉积法制备ZnO微米棒
2.2 界面修饰材料的制备
2.2.1 表面等离激元材料的制备
2.2.2 电子阻挡层材料的制备
2.3 测试设备与测试方法
2.3.1 形貌与结构表征仪器
2.3.2 光学测试平台
2.3.3 电学测试平台
2.4 自搭建的光电测试系统
2.4.1 基于液氮冷却系统的变温光谱与寿命联用系统
2.4.2 基于液氮冷却系统的变温微区电学测试系统
2.5 本章小结
第三章 ZnO微腔的紫外激光与增强
3.1 研究背景
3.2 ZnO微米棒的光学特性
3.3 金属表面等离激元增强ZnO微米棒发光
3.3.1 Au/ZnO复合微腔中的荧光增强
3.3.2 Au/ZnO复合微腔中的激光增强
3.3.3 Au/ZnO复合微腔中激光的可控增强
3.4 石墨烯增强ZnO微米棒的激光
3.4.1 石墨烯增强ZnO激光的原理
3.4.2 石墨烯增强ZnO激光的实验观测
3.4.3 不同界面粗糙度下石墨烯增强ZnO激光
3.5 本章小结
第四章 损耗与增益竞争下的ZnO激光调控
4.1 研究背景
4.2 腔体增益调控下的ZnO激光
4.2.1 水热ZnO/石墨烯复合微腔的制备
4.2.2 水热ZnO/石墨烯复合微腔的光学特性研究
4.2.3 腔体增益相关的激光模式调控
4.3 界面损耗调控下的ZnO激光
4.3.1 ZnO/GaN之间的界面损耗
4.3.2 不同损耗增益界面的构建
4.3.3 腔体增益与损耗竞争下的激光强度调控
4.3.4 Al表面等离激元降低界面损耗的原理
4.4 本章小结
第五章 ZnO微腔的电致发光与界面优化
5.1 研究背景
5.2 ZnO微米棒/p-GaN发光二极管
5.2.1 器件制备过程
5.2.2 器件光电性能表征
5.2.3 器件能带结构分析
5.3 ZnO微米棒/MgO/GaN发光二极管
5.3.1 器件制备过程
5.3.2 器件光电性能测试
5.3.3 器件能带结构与光谱分解
5.4 ZnO微米棒/MgO/石墨烯/GaN发光二极管
5.4.1 器件制备过程
5.4.2 器件结构和性能分析
5.4.3 石墨烯在器件中的作用分析
5.5 ZnO微米棒/AlN/p-GaN发光二极管
5.5.1 器件制备过程
5.5.2 器件电学特性研究
5.6 本章小结
第六章 基于ZnO微腔的电致发光与模式振荡
6.1 研究背景
6.2 微探针驱动的ZnO基发光二极管
6.2.1 器件制备过程
6.2.2 器件光电特性分析
6.2.3 不同供电方式下器件光谱比较
6.3 ZnO:Ga/p-GaN发光二极管
6.3.1 器件制备过程
6.3.2 器件光电性能分析
6.4 ZnO微米片/p-GaN发光二极管
6.4.1 器件制备过程
6.4.2 ZnO微米片光学性能研究
6.4.3 器件能带分析与光谱分解
6.4.4 器件电致发光光谱振荡分析
6.5 ZnO微米棒/AlN/GaN激光二极管
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文结论
7.2 未来ZnO研究工作的几点展望
致谢
参考文献
博士期间发表论文及其他学术成果
本文编号：3802549
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 ZnO的晶体与能带结构
1.2 ZnO的制备方法与形貌特性
1.3 ZnO微腔的光致发光概述
1.3.1 ZnO微腔的自发辐射
1.3.2 ZnO微腔的受激辐射
1.3.3 ZnO微腔的自发与受激辐射增强
1.4 ZnO微腔的电致发光概述
1.4.1 ZnO发光二极管
1.4.2 ZnO激光二极管
1.4.3 ZnO发光器件中的性能调控
1.5 论文主要研究内容与创新点
第二章 材料制备与测试系统
2.1 ZnO样品的制备
2.1.1 水热制备ZnO微米棒
2.1.2 化学气相沉积法制备ZnO微米棒
2.2 界面修饰材料的制备
2.2.1 表面等离激元材料的制备
2.2.2 电子阻挡层材料的制备
2.3 测试设备与测试方法
2.3.1 形貌与结构表征仪器
2.3.2 光学测试平台
2.3.3 电学测试平台
2.4 自搭建的光电测试系统
2.4.1 基于液氮冷却系统的变温光谱与寿命联用系统
2.4.2 基于液氮冷却系统的变温微区电学测试系统
2.5 本章小结
第三章 ZnO微腔的紫外激光与增强
3.1 研究背景
3.2 ZnO微米棒的光学特性
3.3 金属表面等离激元增强ZnO微米棒发光
3.3.1 Au/ZnO复合微腔中的荧光增强
3.3.2 Au/ZnO复合微腔中的激光增强
3.3.3 Au/ZnO复合微腔中激光的可控增强
3.4 石墨烯增强ZnO微米棒的激光
3.4.1 石墨烯增强ZnO激光的原理
3.4.2 石墨烯增强ZnO激光的实验观测
3.4.3 不同界面粗糙度下石墨烯增强ZnO激光
3.5 本章小结
第四章 损耗与增益竞争下的ZnO激光调控
4.1 研究背景
4.2 腔体增益调控下的ZnO激光
4.2.1 水热ZnO/石墨烯复合微腔的制备
4.2.2 水热ZnO/石墨烯复合微腔的光学特性研究
4.2.3 腔体增益相关的激光模式调控
4.3 界面损耗调控下的ZnO激光
4.3.1 ZnO/GaN之间的界面损耗
4.3.2 不同损耗增益界面的构建
4.3.3 腔体增益与损耗竞争下的激光强度调控
4.3.4 Al表面等离激元降低界面损耗的原理
4.4 本章小结
第五章 ZnO微腔的电致发光与界面优化
5.1 研究背景
5.2 ZnO微米棒/p-GaN发光二极管
5.2.1 器件制备过程
5.2.2 器件光电性能表征
5.2.3 器件能带结构分析
5.3 ZnO微米棒/MgO/GaN发光二极管
5.3.1 器件制备过程
5.3.2 器件光电性能测试
5.3.3 器件能带结构与光谱分解
5.4 ZnO微米棒/MgO/石墨烯/GaN发光二极管
5.4.1 器件制备过程
5.4.2 器件结构和性能分析
5.4.3 石墨烯在器件中的作用分析
5.5 ZnO微米棒/AlN/p-GaN发光二极管
5.5.1 器件制备过程
5.5.2 器件电学特性研究
5.6 本章小结
第六章 基于ZnO微腔的电致发光与模式振荡
6.1 研究背景
6.2 微探针驱动的ZnO基发光二极管
6.2.1 器件制备过程
6.2.2 器件光电特性分析
6.2.3 不同供电方式下器件光谱比较
6.3 ZnO:Ga/p-GaN发光二极管
6.3.1 器件制备过程
6.3.2 器件光电性能分析
6.4 ZnO微米片/p-GaN发光二极管
6.4.1 器件制备过程
6.4.2 ZnO微米片光学性能研究
6.4.3 器件能带分析与光谱分解
6.4.4 器件电致发光光谱振荡分析
6.5 ZnO微米棒/AlN/GaN激光二极管
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文结论
7.2 未来ZnO研究工作的几点展望
致谢
参考文献
博士期间发表论文及其他学术成果
本文编号：3802549
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3802549.html