ZnO是第三代半导体的代表之一,可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体,尤其以光学气化过饱和析出法(OVSP)制备的ZnO微米晶近年来在光催化、高效多彩光源、高效电致发光等方面显示出重要优势,但其制备成本较高、生产效率低下,阻碍了其大规模器件化的发展.针对上述问题,基于有限元分析的结果,设计并搭建了一套工作波长在1080 nm,功率18％(@2500W)激光加热的微米晶生长装置.以ZnO为原料验证了所研制装置的可行性与实用性.结果表明,该装置制备产物与OVSP法制备产物在形貌、结构、发光性能上非常接近,生产效率得到极大提高(～500％).利用研制的生长装置,成功制备出了具有完整六边形截面形貌的富受主型ZnO单晶微米棒,其直径约为3.8μm,长度达10～20μm.通过拉曼光谱发现,ZnO微米棒的拉曼峰清晰尖锐,位于437 cm-1处的拉曼峰对应Ehigh2模式,所制备微米棒为结晶性较好的六方纤锌矿结构.通过对ZnO微米棒荧光光谱的分析,发现其与OVSP法所制备的ZnO微米管具有类似的紫外双峰结构,表明微米棒内存在大量与锌空位(V Zn)相关的受主缺陷.在80～280 K范围内,随着温度升高,ZnO微米棒的荧光发光峰强度出现"热猝灭-负热猝灭-热猝灭"的反常行为.研究发现,在166～200 K范围内出现的负热猝灭行为与导带底以下477 meV处存在的中间态能级(陷阱中心)有关,在200～280 K范围内出现的热猝灭现象与导带底以下600 meV处非辐射复合中心有关.两者的出现与所制备的ZnO微米棒氧空位(V O)缺陷相关.所研制的激光生长装置具有较高的可行性与实用性,该制备方法为富受主型ZnO单晶微米棒的快速批量生长奠定了技术基础,同时对其在光电器件领域的应用也具有重要意义.

ZnO微米晶;激光材料加工;拉曼光谱;光致发光光谱

廖逸民;闫胤洲;王强;杨立学;潘永漫;邢承;蒋毅坚

北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124;北京石油化工学院新材料与化工学院,北京 102617;北京印刷学院印刷与包装工程学院,北京 102627

光谱学与光谱分析

[1]廖逸民;闫胤洲;王强;杨立学;潘永漫;邢承;蒋毅坚-.ZnO微米晶的激光制备装置及发光性能研究)[J].光谱学与光谱分析,2022(10):3000-3005

OVSP,2500W,Ehigh2,负热猝灭,激光材料加工

ZnO,微米,发光性能,第三代半导体,紫外光,过饱和,光催化,彩光,光源,电致发光,制备成本,激光加热,可行性与实用性,六边形,截面形貌,单晶,直径约,拉曼光谱,尖锐,结晶性,六方,锌矿,荧光光谱,双峰结构,峰强度,反常,导带,meV,能级,陷阱,非辐射复合,氧空位,光生,制备方法,技术基础,光电器件,光致发光光谱

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