Academos 3 2011 pentru PDF - Akademos - Academia de Ştiinţe a ...

AkademosREZONATOARE LASERÎN NANOSTRUCTURIDE ZnO CU MODURIDE EMISIE CONTROLATEDE MORFOLOGIEDr. Veaceslav URSACHI 1)Dr. Emil RUSU 2)Dr. Victor ZALAMAI 1)Alexandru BURLACU 2)M. cor. Ion TIGHINEANU 2,31Institutul de Fizică Aplicată, AŞM2Institutul de Inginerie Electronică şi Nanotehnologii„D. Ghiţu”, AŞM3Centrul Naţional de Studiu şi Testare a Materialelor,Universitatea Tehnică a MoldoveiLASER RESONATORS IN ZNO NANO-STRUCTURES WITH MORPHOLOGY CON-TROLLED EMISSION MODESThe paper gives an overview of technologicalelaborations performed at the Institute of AppliedPhysics and the Institute of Electronic Engineeringand Nanotechnologies “D. Giţu” of the Academyof Sciences of Moldova for the production of ZnObased nanostructures ensuring as high optical qualityof the produced nanostructures as to act as gainmedium for stimulated emission in the ultravioletspectral region and as relevant geometrical formsand morphologies as to act as high quality factorlaser resonators. It is demonstrated that, due to thepossibility of multiple and switchable growth directionsof the wurtzite structure and the high ionicity ofits polar surfaces, ZnO provides conditions for theformation of a variety of micro/nanostructures whichact as laser resonators sustaining guided modes,Fabry–Perot modes, whispering gallery modes, randomlasing and a combination of them. The producedstructures are expected to fi nd many applications inintegrated nanoscale optoelectronics, photonics, andsensor technologies.1. IntroducereDatorită parametrilor avantajoşi, cum ar fi bandainterzisă largă de 3.36 eV la temperatura camereişi energia de legătură mare a excitonilor de 60 meV,oxidul de zinc este unul dintre cele mai promiţătoaremateriale pentru dispozitivele optice cu funcţionareîn regiunea undelor albastre şi ultraviolete, inclusivpentru microlasere [1]. Printre alte proprietăţifavorabile trebuie de menţionat legăturile puternice(energia coezivă de 1.89 eV), stabilitatea mecanicăînaltă (temperatura de topire de 2200 K) şi posibilitateade schimbare multiplă a direcţiilor de creştereîn structura de tip wurtzită, care în combinaţie cucaracterul ionic pronunţat al suprafeţelor polare asigurăformarea unei diversităţi imense de microstructuri/nanostructuri[2,3]. Parametrii optici avantajoşiai cristalelor de ZnO asigură posibilitatea emisieistimulate la temperatura camerei datorită mai multormecanisme, cum ar fi recombinarea excitonilorliberi, interacţiunea exciton-exciton, formarea plasmeielectron-gol etc. [4,5]. Din altă perspectivă, posibilitateaproducerii microstructurilor şi nanostructurilorde ZnO cu o varietate de morfologii asigurăoportunitatea de a crea diferite rezonatoare laser şide a dirija structura modurilor de emisie stimulată.Nanolaserele în bază de ZnO au o largă implementareîn circuitele optoelectronice şi fotonice integrate,tehnologiile senzorilor, păstrarea şi procesareainformaţiei, microanaliză etc. [6].În această lucrare sunt prezentate elaborărilecolaboratorilor Academiei de Ştiinţe a Moldovei îndomeniul tehnologiilor de creştere a nanostructurilorde ZnO şi implementarea acestor tehnologii încrearea rezonatoarelor laser cu structura modurilorde emisie dirijată.2. Tehnologii de producere a structurilorde ZnOUna dintre tehnologiile care asigură o calitateoptică înaltă a materialului produs este depunereachimică din vapori cu folosirea precursorilormetalo-organici (MOCVD). Procesul de creştereMOCVD la presiunea atmosferică este efectuat întrunsistem orizontal dublu care constă dintr-o sobă sursăşi o sobă principală, după cum este ilustrat în Figura1a. Acetilacetonatul monohidrat de zinc (Aldrich),încărcat într-o luntriţă de cuarţ, serveşte ca materialsursă introdus în soba sursă. Vaporii sunt transportaţicătre soba principală de către un flux de Ar, careeste mixat cu un alt flux de Ar şi O 2la intrarea însoba principală. Materialul sursă este menţinut latemperatura de 130 o C, iar temperatura suportuluidin soba principală este setată la 500 o C. Procesulde creştere durează o oră. În acest proces de creşteremorfologia structurilor produse este determinată deraportul componentelor din fluxurile de gaze.Cum tehnologia de creştere MOCVD este costisitoare,au fost elaborate diferite procedee de depunerea structurilor de ZnO printr-o metodă maisimplă şi mai efectivă de evaporare carbotermală.Într-o variantă a acestei tehnologii de depunere chimicădin vapori, procesul de evaporare şi condensarese produce într-o sobă orizontală cu un flux deargon/oxigen, după cum este ilustrat în Figura 1b.Un amestec de pulbere de ZnO (99.999 %) şi grafit96 - nr. 3(22), septembrie 2011