一种基于纳米棒的新型电致激光器件

1.本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于纳米棒的新型电致激光器件。


背景技术：

2.随着微纳技术及微纳光子学的发展，微纳激光器应用前景引人关注。微纳激光器是一种采用微米/纳米棒等发光材料作为谐振腔，在光泵浦或电泵浦下出射激光的微纳器件。由于微纳激光器中谐振腔尺寸与发射波长相当，电磁谐振腔中将产生一些独特的物理效应，这对于基础研究具有重要意义，同时微纳激光器在光计算、信息存储和纳米分析等领域也具有广泛的应用前景。
3.然而微纳激光器的制备工艺要求严苛，需要超精细的微纳加工技术，同时对于纳米棒等微纳材料本身的制备具有很高的要求，比如严格的生长取向、排列方式、尺寸大小等，这些对微纳激光器的制备工艺提出挑战，不利于新型微纳激光器的开发和相关基础研究的推进，同时也提高了生产成本。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于纳米棒的新型电致激光器件。通过采用具有自构谐振腔的纳米棒，以及对空穴传输层和阴极电极层的正交图案化，可获得水平任意取向纳米棒的电致激射，同时本发明极大降低了实现微纳激光对于微纳加工工艺的要求，可节省成本。
5.为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
6.一种基于纳米棒的新型电致激光器件，包括依次叠层设置的导电衬底、空穴传输层、纳米棒发光层、电子传输层、阴极电极层，所述空穴传输层、阴极电极层均为条带状图案，且空穴传输层与阴极电极层的条带状图案方向正交，所述纳米棒发光层由水平取向随机分布的纳米棒构成，且纳米棒端面平整可自构谐振腔，在空穴传输层之间、以及空穴传输层与电子传输层之间的间隙均填充有绝缘填充层。
7.上述技术方案中，进一步的，所述空穴传输层的厚度为10-150nm；所述空穴传输层的材料可以是但不限于p型si、p型gan、pedot:pss、tfb、poly-tpd、pvk、nio、mo03中的至少一种。
8.进一步的，所述的纳米棒发光层的材料可以是但不限于cdse、cdzns、zns、cd
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zn
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seys
1-y
等2-6族核壳半导体材料，pbse、pbs等4-6族半导体材料，mapbx3、fapbx3、cspbx3等钙铁矿发光材料，以及cu-in-s等1-3-6族半导体材料中的一种。
9.进一步的，所述电子传输层的厚度为10-150nm；所述的电子传输层的材料可以是但不限于zno、alq3、tpbi、po-t2t中的一种。
10.进一步的，所述绝缘填充层的材料可以是但不限于al2o3、lif、pmma中的一种。
11.进一步的，所述的导电衬底的材料可以是但不限于si、gan、ito玻璃、fto玻璃中的一种。
12.进一步的，所述的阴极电极层的材料可以是但不限于lif/al电极、ag电极、ti/au电极中的一种，所述阴极电极层厚度为100-200nm。
13.所述的基于纳米棒的新型电致激光器件的制造方法，包括下列步骤：
14.在导电衬底上形成具有条带状图案的空穴传输层，之后在空穴传输层上形成纳米棒发光层，接着将绝缘填充层填充到空穴传输层和纳米棒发光层的内部空隙之中，在纳米棒发光层上形成电子传输层，接着在电子传输层上形成具有条带状图案的阴极电极层，其中阴极电极层的条带状图案与空穴传输层的条带状图案方向呈正交。
15.进一步的，所述的空穴传输层可以直接对导电衬底进行原位刻蚀处理获得，也可以采用在导电衬底上进行再沉积或生长得到，也可以先在导电衬底上沉积或生长后再进行刻蚀得到。
16.进一步的，所述的纳米棒发光层采用原位生长获得或采用转移或分散的方式获得。
17.进一步的，所述的绝缘填充层可采用旋涂或沉积的方式制得，但应不完全覆盖所述纳米棒发光层，从而使得纳米棒发光层与电子传输层保持接触。
18.更进一步的，制备所述的绝缘填充层后对其进行等离子体处理以使得纳米棒发光层表面裸露出来。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明提供的基于纳米棒的新型电致激光器件包括依次叠层设置的导电衬底、空穴传输层、纳米棒发光层、电子传输层、阴极电极层，还包括绝缘填充层。其中，空穴传输层和阴极电极层的正交化图案处理，极大增加了器件中的有效微纳激光器数目，如空穴传输层和阴极电极层的条状图案分别有100条，则器件中最高可有100
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100个微纳激光器，可有效提高激光器件的良率，同时这种制备工艺成本较传统纳米棒激光器件低。在传统纳米棒激光器件制备工艺中，需要严苛的微纳加工工艺以保证纳米棒的定向生长且端面平整以自构谐振腔，同时利用高精度的微纳工艺来保证空穴传输层和电子传输层与纳米棒严格对齐，生产成本较高。本发明提供的基于纳米棒的新型电致激光器件中通过空穴传输层和阴极电极层的正交化图案处理，极大增加了单个器件制备过程中的微纳激光器数目，以保证大量随机分布的纳米棒形成有效的激光器，即在大量的激光器中去除纳米棒的位置不合理、端面不平整等无效器件外，仍然会有很多纳米棒位置合理、端面平整可自构谐振腔的有效激光器，提高器件良率，同时降低成本。
附图说明
21.图1为本发明一种基于纳米棒的新型电致激光器件的结构示意图。
22.图2为本发明一种基于纳米棒的新型电致激光器件中空穴传输层图案示意图。
23.图3为本发明一种基于纳米棒的新型电致激光器件中纳米棒发光层的分布示意图。
24.图4为本发明一种基于纳米棒的新型电致激光器件中阴极电极层图案示意图。
具体实施方式
25.本发明的目的在于提供一种基于纳米棒的新型电致激光器件，为使本发明的目
的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.请参阅图1，本发明提供的一种基于纳米棒的新型电致激光器件包括依次叠层设置的导电衬底1、空穴传输层2、纳米棒发光层4、电子传输层5、阴极电极层6，还包括填充于空穴传输层与电子传输层间各间隙内的绝缘填充层3。其中纳米棒发光层4由水平取向随机分布的纳米棒构成，且纳米棒端面平整，可自构谐振腔，如图3所示。通过对器件施加偏压，将电荷注入到纳米棒中产生发光并产生光学谐振，进而从纳米棒端面出射激光，最终激光从器件侧面出射。
27.进一步地，所述的基于纳米棒的新型电致激光器件中空穴传输层2位于导电衬底1上，纳米棒发光层4位于空穴传输层2上，绝缘填充层3填充空穴传输层2和电子传输层4内部的空隙，防止电子传输层5与空穴传输层2直接接触导致器件短路，电子传输层5位于纳米棒发光层4上，阴极电极层6位于电子传输层5上。
28.进一步地，所述的基于纳米棒的新型电致激光器件中，为实现电荷有效地注入到水平取向随机分布的单根纳米棒中，采用图案化的空穴传输层2和阴极电极层6，请参阅图2和图4，将空穴传输层2和阴极电极层6制备成具有条状图案的形状，并且空穴传输层2和阴极电极层6的条状图案在水平方向正交。
29.进一步地，所述的基于纳米棒的新型电致激光器件的制造方法，包括下列步骤：首先，提供导电衬底1。接着，在导电衬底1上形成具有条状图案的空穴传输层2，之后在空穴传输层2上形成纳米棒发光层4，接着将绝缘填充层3填充到空穴传输层2和纳米棒发光层4的内部空隙之中。接下来，在纳米棒发光层4上形成电子传输层5，接着在电子传输层5上形成具有条状图案的阴极电极层6，其中阴极电极层6的条状图案与空穴传输层2的条状图案在水平方向正交。
30.进一步地，实际应用时，所述电衬底1的材料可以是但不限于si、gan、ito玻璃、fto玻璃中的一种。所述空穴传输层2的材料可以是但不限于p型si、p型gan、pedot:pss、tfb、poly-tpd、pvk、nio、mo03中的至少一种，所述空穴传输层的厚度为10-150nm。所述绝缘填充层3的材料可以是但不限于al2o3、lif、pmma中的一种。所述纳米棒发光层4的材料可以是但不限于cdse、cdzns、zns、cd
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等2-6族核壳半导体材料，pbse、pbs等4-6族半导体材料，mapbx3、fapbx3、cspbx3等钙铁矿发光材料，以及cu-in-s等1-3-6族半导体材料中的一种。所述电子传输层5的材料可以是但不限于zno、alq3、tpbi、po-t2t中的一种，所述电子传输层的厚度为10-150nm。所述阴极电极层6的材料可以是但不限于lif/al电极、ag电极、ti/au电极中的一种，所述阴极电极层厚度为100-200nm。
31.以下结合附图及实施例，对依据本发明提供的一种基于纳米棒的新型电致激光器件进行详细说明。
32.实施例1
33.在gan衬底上外延生长40nm的p型gan作为空穴传输层，并通过光刻将p型gan层制成条状图案，在p型gan上通过cvd生长水平取向随机分布且端面平整的纳米棒作为激光发射的谐振腔，在纳米棒发光层上旋涂pmma作为绝缘填充层，并通过等离子体处理去除纳米棒上部覆盖的pmma使纳米棒发光层与随后沉积的电子传输层良好接触。电子传输层通过旋涂zno胶体溶液得到，厚度为30nm。最后蒸镀厚度为1nm/100nm的lif/al电极作为阴极,制得
纳米棒电致激光器件。
34.实施例2
35.采用p型重掺si作为导电衬底和空穴传输层，并通过光刻将si表层的p型区制成条状图案，p型si刻蚀深度为40nm，随后在p型si上通过液相生长法原位生长水平取向随机分布且端面平整的的纳米棒作为激光发射的谐振腔，在纳米棒发光层上通过ald沉积45nm al2o3作为绝缘填充层，以保证纳米棒侧面区域裸露从而与随后沉积的电子传输层良好接触。电子传输层通过热蒸发沉积得到，为40nm厚度的tpbi。最后蒸镀厚度为35nm/100nm的ti/au电极作为阴极,制得纳米棒电致激光器件。
36.实施例3
37.在玻璃基底上沉积厚度为120nm的ito作为导电衬底，并通过光刻将ito制成条状图案，刻蚀深度为40nm，在ito上沉积厚度为40nm/20nm的pedot:pss/tfb作为空穴传输层，在tfb上通过干法转移沉积长水平取向随机分布且端面平整的的纳米棒作为激光发射的谐振腔，在纳米棒发光层上旋涂pmma作为绝缘填充层，并通过等离子体处理去除纳米棒上部覆盖的pmma使纳米棒发光层与随后沉积的电子传输层良好接触。电子传输层通过旋涂zno胶体溶液得到，厚度为30nm。最后蒸镀厚度为1nm/100nm的lif/al电极作为阴极,制得纳米棒电致激光器件。
38.综上所述，本发明提供的基于纳米棒的新型电致激光器件包括依次叠层设置的导电衬底、空穴传输层、纳米棒发光层、电子传输层、阴极电极层，及设于电子传输层与空穴传输层之间的绝缘填充层。其中，纳米棒发光层要求所用纳米棒端面平整，可自构谐振腔。本发明提供了一种基于纳米棒的新型电致激光器件，其利用纳米棒自构的谐振腔，以及对空穴传输层和阴极电极层的图案化，可以实现水平取向随机分布的纳米棒电致激射，简化了纳米棒激光器的制备工艺，并节省成本。
39.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。