1、隨機(jī)激射是一種產(chǎn)生于無(wú)序增益介質(zhì)中的發(fā)光現(xiàn)象。與傳統(tǒng)激光器需要精密的諧振腔不同，隨機(jī)激射是利用光在無(wú)序增益介質(zhì)中傳播時(shí)的多重散射作用而不斷獲得光增益的。ZnO具有較高的激子束縛能（約60meV）和折射率，與之相關(guān)的無(wú)序介質(zhì)具有增益高和多重散射作用強(qiáng)的特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)隨機(jī)激射的理想材料。自從ZnO多晶薄膜和粉末的光抽運(yùn)隨機(jī)激射被報(bào)道以來(lái)，研究者們?cè)赯nO隨機(jī)激射領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作。近年來(lái)，研究者們利用各種結(jié)構(gòu)的器件實(shí)現(xiàn)了ZnO

2、電抽運(yùn)隨機(jī)激射，為隨機(jī)激射走向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了重要的一步。顯然，增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的性能具有重要意義，而低閾值電流和高光輸出功率是其主要的追求目標(biāo)。本文詳細(xì)地研究了硅基ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能的增強(qiáng)策略。通過(guò)ZnO薄膜的材料改性和器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等手段，增強(qiáng)了硅基ZnO薄膜發(fā)光器件的電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能，并闡明了相關(guān)的物理機(jī)制。本文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:
　　(1)研究了分別以ZnO薄膜和摻入Zn2TiO4納米顆粒的Zn

3、O薄膜為發(fā)光層的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)器件的電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能。研究發(fā)現(xiàn):以摻入Zn2TiO4納米顆粒的ZnO薄膜為發(fā)光層的MIS器件具有更低的隨機(jī)激射閾值電流和更大的光輸出功率。這歸因于Zn2TiO4納米顆粒的摻入所引起的ZnO薄膜中光多重散射作用的增強(qiáng)。
　　(2)研究了分別以ZnO薄膜和利用稀HCl進(jìn)行表面織構(gòu)化的ZnO薄膜為發(fā)光層的MIS器件的電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能。研究發(fā)現(xiàn):以表面織構(gòu)化的ZnO薄膜為發(fā)光層MIS器件

4、具有更低的電抽運(yùn)隨機(jī)激射閾值電流和更大的光輸出功率。這可歸因于表面織構(gòu)化的ZnO薄膜的光多重散射作用的增強(qiáng)。
　　(3)研究了分別以電子束蒸發(fā)、射頻濺射和溶膠-凝膠法制備的SiOx(x≤2)薄膜為絕緣層、以ZnO薄膜為半導(dǎo)體層的MIS器件的電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能。研究發(fā)現(xiàn):以溶膠-凝膠法制備的SiO2薄膜為絕緣層的MIS器件具有最低的隨機(jī)激射閾值電流。這有可能歸因于溶膠-凝膠法制備的SiO2薄膜中缺陷態(tài)數(shù)量和能級(jí)適中，一方面確保ZnO

5、薄膜導(dǎo)帶中積累足夠多的電子，另一方面確保ZnO薄膜價(jià)帶中產(chǎn)生足夠多的空穴。
　　(4)研究了ZnO薄膜的光多重散射作用和絕緣層勢(shì)壘高度對(duì)MIS器件電抽運(yùn)隨機(jī)激射性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):在絕緣層勢(shì)壘高度相同的情況下，增強(qiáng)ZnO薄膜中光多重散射，可以使器件在更低的電流下由自發(fā)輻射轉(zhuǎn)變成隨機(jī)激射;而在ZnO薄膜中光多重散射強(qiáng)度相同的情況下，增加絕緣層勢(shì)壘高度，也可以使器件在更低的電流下由自發(fā)輻射轉(zhuǎn)變成隨機(jī)激射，這是光增益增大所導(dǎo)致的。

6、r>　　(5)研究了ZnO薄膜厚度對(duì)MIS器件隨機(jī)激射性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)ZnO薄膜厚度在50nm以下時(shí)，隨著ZnO薄膜厚度的增加，器件的隨機(jī)激射閾值電流升高。在小電流注入下，器件的隨機(jī)激射光輸出功率隨ZnO薄膜厚度增加而減小;而在大電流注入下，器件的隨機(jī)激射光輸出功率隨ZnO薄膜厚度增加而增大。從光多重散射和光增益受ZnO薄膜厚度影響的角度對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。當(dāng)ZnO薄膜厚度在100nm以上時(shí)，隨著ZnO薄膜厚度的增加，器件的隨機(jī)激射

7、閾值電流降低，光輸出功率增大。這可以歸因于ZnO薄膜厚度的增加減少了Si襯底對(duì)光的吸收，減少了光從ZnO薄膜中的泄漏。
　　(6)研究了雙重SiO2/ZnO結(jié)構(gòu)器件的電抽運(yùn)隨機(jī)激射。研究發(fā)現(xiàn):雙重SiO2/ZnO結(jié)構(gòu)器件比單重SiO2/ZnO結(jié)構(gòu)器件的隨機(jī)激射閾值電流更低，而且功率轉(zhuǎn)換效率更高。在雙重SiO2/ZnO結(jié)構(gòu)器件中，一方面形成了SiO2/ZnO/SiO2波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將光限制在ZnO層中;另一方面，由下層SiO2/ZnO結(jié)