纳米结构ZnO晶体薄膜室温紫外激光发射

摘要

文章综述了纳米结构的氧化锌半导体薄膜在室温下自由激子的自发辐射以及由自由激子引起的受激发射的特性,阐述了在不同激发密度下室温紫外受激发射的机理.纳米结构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,激子的量子尺寸效应,使激子的跃迁振子强度大幅度增强.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量级以上.与传统的电子-空穴等离子体激光辐射相比,激子引起的受激发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.