纳米激光器，特别是电泵浦的纳米激光器，在光电或光子互连、光通信、生物传感、医学成像和三维显示等领域有着广泛的应用。如何有效地注入电荷载流子以获得足够的增益，以及如何克服这种小型激光器中的严重光损耗将是一个巨大挑战。
近日，课题组李竹新博士发表了题为Interface design for electrically pumped ultraviolet nanolaser from single ZnO-nanorod的论文(Nano Energy，2022， 93：106832)。在单根六方ZnO纳米棒与p-GaN构建的异质结中引入PEDOT/HfO2缓冲层。在光学上，采用低折射率的缓冲层降低了光损耗，使该纳米腔的激光阈值从1.55 μW降低到1.32 μW。在电学方面，通过简单地插入有机聚合物PEDOT，保证了可靠的电学接触。更重要的是，PEDOT和HfO2在p-GaN/ZnO异质结中形成阶梯状能级结构，保证了载流子的有效地注入，从而有助于改善电子和空穴的辐射复合。当注入电流达到6 mA时，发光光谱的半宽迅速从约30 nm缩小到1.4 nm，并且强度显著增加。这证明了纳米级异质结二极管在电场驱动下的紫外激光行为。该工作得到了国家自然科学基金重点、面上项目及国家重点研发计划课题等项目的资助。
图1 器件结构和性能。(a)器件结构图，(b)器件I-V曲线图，(c)-(d)样品1和2的EL光谱图。
图2 利用PEDOT/HfO2缓冲层增强ZnO紫外发射的原理图。
图3 数值模拟了GaN、HfO2/GaN和PEDOT/HfO2/GaN结构上ZnO纳米棒的光场分布。