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科技前沿 | Research Review

柔性纳米线激光器

将一种聚合物旋转涂覆成一组纳米线可制成柔性的光泵激光器

日 本东京大学的研究人员宣称在柔
性衬底上制成了首个基于纳米线
的激光器。
他们所做的工作将有助于开发在
机械方面具有柔性的模块，这种模块
能够在窗户、纸张、皮肤、隐形眼镜、
甚至人体内部提供相干光源，有望实
现人机交互的光电设备。
这支日本研究团队所取得的突破
包括在单个纳米线谐振腔（由嵌入在
柔性衬底上的量子点形成）中制作了
纳米线量子点技术的潜在机遇之一是用于改善隐形眼镜的性能
一个光泵激光器。为了形成这样的结
构，采用旋转涂覆和固化工序将纳米 已经用几种形式的显微镜对这种 优化生长条件可以改善纳米线量子点
线谐振腔转移到聚合物 PDMS（聚二 透明且易于折叠的薄膜进行了细致的 的尺寸均匀性，并最终实现更好的器
甲基硅氧烷）的薄膜中。 观察。扫描电子显微镜显示 ：纳米线 件性能，包括较高的激光器良率。
制造的第一步是将图形化 GaAs 通常高 4 μm，直径为 300 nm，而横断 该小组的另一个观察结果是，柔
衬底装入 MOCVD 反应腔并生长由 面扫描隧道电子显微镜的观察结果是 ： 性衬底上的器件的激光阈值高于水平
GaAs 线芯构成的纳米线，之后是一个 平均来说，量子点的直径小于 40 nm， 放置在硅基 SiO 2 衬底上的纳米线量子
50 层的 In 0.2 Ga 0.8 As 纳米线量子点堆栈 长度短于 7 nm。 点激光器的激光阈值。阈值较高部分
和 GaAs/Al 0.1 Ga 0.9 As 线芯 - 外壳 - 封帽 将样本置于低温恒温器中，冷却 归因于端面一侧上的反射率较低，这
（core-shell-cap）层。图形化衬底的形 至 10K，并利用 780 nm 掺钛蓝宝石激 是由于纳米线和 PDMS 之间界面的折
成方法是 ：在 GaAs 上沉积一个 10 nm 光器对量子点进行泵浦将产生一个位 射率较低所致。这造成了相对较大的
厚的 SiO 2 层，然后使用电子束光刻和 于 1.41 eV 的发光峰（这与来自量子点 镜面损失。高阈值背后的另一个因素
反应离子蚀刻创建一个孔洞阵列（孔洞 基态的自发发射相关）。在弱泵浦条件 是低的端面质量，这源于薄膜从衬底
的直径为 30 nm，间隔距离为 500nm）。 下，由于量子点尺寸的波动引起了不 的剥离。
下一步是将 PDMS 与固化剂按 均一的展宽，因此该峰值在 60 meV 的 为了克服这些弱点，研究人员主
10:1 的比例混合，并把这种混合物旋 半最大值处具有全宽。当能量密度增 张在旋转涂覆之前将金添加至谐振腔
转涂膜在样本上（持续时间为 60 秒）。 加时，由于量子点内部态填充的原因， 的顶部，并优化用于形成柔性器件的
重复该过程可确保薄膜的厚度足够 光致发光峰值移动至较高的能量。 方法。
大——根据横断面扫描电子显微镜的 能量密度的额外增加将激光光谱
观察，它的厚度超过 100 μm。 从低于阈值拉至高于阈值，这里，由 参考文献
在搁置了几个小时之后，为了确 于纳米线量子点谐振腔的高子带，发 J. Tatebayashi et al. Appl. Phys.
保聚合物完全融入到凹槽之中，研究 射移动至 1.425 eV。 Express 11 065002 (2018)
人员在 120℃的温度下对该样本进行了 该研究小组注意到，由于纳米线
为时 1 个小时的固化。最后，他们轻 尺寸、量子点和晶体质量存在很大的
轻地将固化的 PDMS 薄膜从衬底上剥 差异，所以这种发射只来自纳米线量
离。 子点谐振腔的一小部分。有人认为，

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2019年第2期 31