纳米结构氧化锌半导体ZnO薄膜的室温紫外激光发射

由香港科技大学汤子康等完成

    项目属于信息科学研究领域。

    主要发现点是:该项目巧妙地利用激子在纳米结构中的量子尺寸效应以及自然生长的微结构谐振腔,首次在纳米结构的氧化锌半导体薄膜中观测到了室温紫外激光发射。氧化锌半导体薄膜是用激光分子束外延(L-MBE)技术生长在蓝宝石衬底上的。薄膜由密集而规则排列的纳米尺度的六角柱组成。这些纳米六角柱起着限制激子运动的作用,从而使激子的跃迁振子强度大幅增强。同时六角柱之间的晶面组成了一个天然的激光谐振腔。室温下用三倍频的YAG脉冲激光激发,可从这些纳米结构的氧化锌薄膜中观测到很强的紫外激光发射。研究发现,在中等激发密度下,紫外受激发射是由于激子与激子间碰撞而引起的辐射复合。在高密度激发条件下,由于激子趋于离化,紫外受激发射主要由电子·空穴等离子体的辐射复合引起。由于纳米结构中激子的跃迁振子增强效应,在室温下测量到的光学增益高达320cm-1, 这比在同样条件下测量到的块状氧化锌晶体的光学增益要高一个数量级以上。

    该项目的特点及应用推广情况:与传统的电子·空穴等离子体激光辐射相比,激子的激光辐射可在较低的激发密度条件下实现。这在实际应用上很有价值。实验上观察到与激子有关的室温激光辐射,该工作尚属首例。研究成果发表后,在国际上引起了强烈的反响。《Science》(1997,Vol 276,P895) 以“Will UV Lasers Beat the Blues?”为题,以及《Laser Focus World》(1998,August,pp 22-28)以“Semiconductor Lasers: Thin Film Lasers in the UV”为题对此作了专门报道。

    该课题研究共发表了15篇论文,自1997年至今被引用600多次。

 


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