ZnO薄膜发光器件的电抽运随机激射:随机性的抑制

作     者：纪然 蒋书明 夏程涛 杨德仁 马向阳 JI Ran;JIANG Shuming;XIA Chengtao;YANG Deren;MA Xiangyang

作者机构：浙江大学硅及先进半导体材料国家重点实验室杭州310027 上虞半导体材料研究中心绍兴312300 

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2018YFB2200102)资助的课题 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2025年第74卷第4期

页      码：128-137页

摘      要：通过以大晶粒水热ZnO薄膜作为发光层并加以恰当图案化处理的策略,显著抑制了基于ZnO薄膜的金属-绝缘体-半导体(MIS)结构发光器件的电抽运随机激射的随机性.采用激光直写光刻工艺,先将硅衬底上的晶粒大小超过500 nm的水热ZnO薄膜图案化为大量的小方块(Block)和“街道(Street)”,然后制备基于上述图案化ZnO薄膜的MIS结构(Au/SiO_(2)/ZnO)发光器件(light-emitting device,LED).研究表明:在相同的注入电流下,基于图案化ZnO薄膜的发光器件比基于未图案化ZnO薄膜的发光器件具有更少的随机激射模式;且前者随Block边长的减小而具更少的激射模式,同时其最强激射模式的波长在更窄的范围内波动.值得指出的是:在适当的条件(小注入电流和小Block边长)下,基于图案化水热ZnO薄膜的发光器件还可产生单模随机激射.此外,对比研究还表明:基于大晶粒水热ZnO薄膜的LED比基于小晶粒溅射ZnO薄膜的LED具有更小的激射阈值电流,且在同样的注入电流下具有更少的激射模式和更高的激射光功率.关于上述结果背后的物理机制,分析指出:对基于图案化ZnO薄膜的发光器件而言,一方面由于单个Block内ZnO薄膜中的晶粒和晶界数量有限,光多重散射被严重削弱,那些能够通过光多重散射获得净光增益而产生随机激射的路径与ZnO薄膜未经图案化处理的情形相比要少得多.另一方面,由于单个Block空间有限,不同激射模式之间的增益竞争使得空间上重叠较大的激射模式不能同时存在.由于上述两方面的原因,随着Block边长的减小,发光器件随机激射的模式会变得更少.此外,Block之间的光学耦合效应会加剧单个Block内部激射模式之间的增益竞争,从而进一步减少发光器件的随机激射模式.

主 题 词：水热ZnO 薄膜 发光器件 随机激射 图案化 随机性的抑制 

学科分类：080903[080903] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.74.20241440

馆 藏 号：203156594...