CdS/CdS0.48Se0.52軸向異質結納米線的非對稱光波導及雙波長激射?

李丹 梁君武 劉華偉 張學紅 萬強 張清林?潘安練?

1)(湖南大學物理與微電子科學學院,微納結構物理與應用技術湖南省重點實驗室,長沙 410082)

2)(玉林師范學院物理科學與工程技術學院,玉林 537000)

(2016年11月6日收到;2016年12月17日收到修改稿)

CdS/CdS0.48Se0.52軸向異質結納米線的非對稱光波導及雙波長激射?

李丹1)梁君武2)劉華偉1)張學紅1)萬強1)張清林1)?潘安練1)?

1)(湖南大學物理與微電子科學學院,微納結構物理與應用技術湖南省重點實驗室,長沙 410082)

2)(玉林師范學院物理科學與工程技術學院,玉林 537000)

(2016年11月6日收到;2016年12月17日收到修改稿)

本文利用可控的化學氣相沉積法合成了高質量的軸向CdS/CdS0.48Se0.52異質結納米線.掃描電子顯微鏡表征發現這些納米線具有光滑的表面結構;熒光顯微圖像表明納米線由CdS和CdSSe兩部分沿軸向構成;微區熒光光譜研究表明界面區具有高的結晶質量;光波導研究表明異質結納米線具有非對稱光傳輸特性;進一步的激發功率依賴的熒光光譜研究表明此結構可以實現紅和綠雙波長激射,并且紅色激射閾值低于綠色激射.理論模擬表明波導光可以兩相間有效傳輸.

納米線,異質結,光波導,激光器

1 引 言

半導體異質結構是各種傳統電學和光電器件的重要構成部分,例如:半導體激光器[1]、諧振隧道二極管[2]、高電子遷移率晶體管[3]、光電探測器[4]等.隨著光電器件對集成度和性能的要求日益提高,微型化的半導體異質結越來越受到關注.由于納米線具有高效的應力弛豫能力,使得在晶格失配率大的不同相間形成無缺陷的異質結,所以一維半導體納米線被認為是構成納米異質結構的最理想體系[5,6].一維半導體納米線具有優異的光學、電學、力學物理性質,被認為是下一代納米光電器件和集成系統的構成單元.自從十年前第一次成功制備軸向半導體納米線異質結構,各國科學家一直在探索各種材料體系的納米線異質結的制備方法,但是截至目前只在有限的材料體系中實現了納米線軸向異質結的制備,如砷化鎵/磷化鎵[7]、硅/鍺硅[8,9]、砷化銦/磷化銦[10]、氮化鎵/氮化鋁和砷化銦/磷砷銦異質結構[5]等.

II-VI族半導體,如CdS,CdSe及其合金化合物,由于其直接帶隙等特性,具有高吸收和高發射效率等優點.它們除了在光電器件領域的應用[11?18],還在納米光子學如光波導[19,20]、納米激光器[21?24]、光互聯[25]等方面有潛在的應用.盡管II-VI族半導體納米線的制備及應用的研究已經取得了很多進展,但是大部分報道是關于組分均一的納米線的研究,而對II-VI族半導體納米線軸向異質結構還鮮有報道.

本文利用分步控溫的化學氣相沉積(CVD)方法成功制備了高質量的CdS/CdSSe納米線軸向異質結構.微區熒光顯微圖像結果表明所獲得的納米線具有沿軸向界限分明的紅色和綠色發光部分,并且界面區的熒光光譜表明異質界面沒有缺陷;單根納米線的光波導研究發現此異質結構具有非對稱波導特性.這是由于CdS的發光在波導過程中將被CdSSe吸收再發射,而CdSSe的發光可以在CdS中實現無源波導.在此基礎上,我們實現了基于單根納米線的紅、綠雙色納米線激光器,并且紅色激射閾值小于綠色激射閾值.

2 CdS/CdSSe異質結納米線的制備

利用分步控溫CVD方法制備異質結納米線,圖1為生長裝置示意圖.將表面沉積有10 nm厚金膜的硅片(1 cm×1 cm)放在石英管的氣流下游區沉積樣品.將兩個裝有適量CdS(A lfa Aesar, 99.999%)粉末和一個CdSe(A lfa Aesar,99.999%)粉末的瓷舟放入石英管中,其中一個裝有CdS的瓷舟(1號)位于管式爐的中央高溫區,而另一個裝有CdSe的瓷舟(2號)和裝有CdS的瓷舟(3號)位于氣流上游加熱區外,且1號和2,3號瓷舟間用石英棒隔開(見step 1).另一根石英棒通過磁鐵與步進電機相連,在步進電機推動下控制反應源依次進出管式爐的高溫區.在管式爐升溫之前,先以150 sccm(1 sccm=1m L/m in)流速通入高純氮氣(99.99%)40 m in以排空石英管內的空氣,然后以28?C/m in的速率升溫至800?C.恒溫50 m in后,得到CdS納米線.隨后以25?C/m in降溫到580?C終止CdS源的蒸發,并恒溫15 m in(間隔時間),氮氣將管內殘留的蒸氣排出石英管,為下一階段的生長提供一個潔凈的環境.在隔離時間結束之前, 2號和3號瓷舟通過步進電機以8 cm/m in的速率推進蒸發區域,取代之前的1號瓷舟(step 2).然后,中心溫度以25?C/m in的速率升高到830?C.恒溫30m in后關閉電源,爐溫自然冷卻至室溫.最后,我們得到軸向組分突變的CdS/CdSSe異質結納米線.

圖1 (網刊彩色)生長CdS/CdSSe軸向異質結納米線樣品的實驗過程示意圖Fig.1.(color on line)The setup schem atic for the grow th of CdS/CdSSe axial nanow ire heterostructures.

3 實驗結果與分析

圖2(a)是所得樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像,由圖可知樣品形貌均為線狀,且線的長度可達數十微米.單根納米線高倍SEM表征(見插圖)進一步表明納米線的直徑大約200 nm,并且納米線具有光滑的表面.頂端的納米顆粒為催化劑Au顆粒,這表明此納米線以氣-液-固(VLS)機制生長[26].圖2(b)為原基片上的納米線在405 nm激光照射下的微區熒光顯微圖像,由圖可知每根納米線具有綠色和紅色兩種發光部分.為了進一步研究納米線組分分布,我們利用微探針操控技術將納米線分散在透明石英襯底上.圖2(c)為分散后的納米線在405 nm激光照射下的微區熒光顯微圖像,由圖可以清晰地觀察到每根納米線均具有界限清晰的綠色和紅色兩部分.圖2(d)是對應于圖2(c)中所標注位置1—5的微區熒光光譜.對應于紅色部分的位置1和2的發光為峰值在605 nm的單一發光峰光譜;對應于綠色部分的位置4和5的發光為峰值在515 nm的單一發光峰光譜;對應于結區的位置3的發光同時具有605 nm和515 nm兩個發光峰.515 nm和605 nm的發光峰分別與CdS和CdS0.48Se0.52的近帶邊發光相一致[27,28].結果表明這些納米線是由CdS和CdSSe沿軸向方向構成的異質結,并且界面清晰.這些熒光光譜中沒有明顯的缺陷發光帶,只有近帶邊發光峰,說明制備的CdS/CdS0.48Se0.52軸向異質結納米線具有高的結晶質量.

圖2 (網刊彩色)(a)CdS/CdSSe異質結納米線的SEM圖,插圖為單根納米線的高倍SEM圖(標尺為200 nm); (b)在405 nm激光激發下原襯底上納米線異質結的微區熒光顯微圖像;(c)分散在石英襯底上的納米線在405 nm激光激發下的遠場顯微圖像;(d)對應(c)中單異質結納米線不同位置(位置1—5)的微區光致發光光譜Fig.2.(color on line)(a)SEM im age of the as-grown heterostructure nanow ires,the inset is the en larged SEM im age of an single nanow ire w ith catalyst(scale bar:200 nm);(b)top-view of the real-color m icroscope photograph of the nanow ires illum inated w ith 405 nm laser;(c)the real-color m icroscope photograph of several dispersed nanow ire excited w ith d iff used 405 nm laser illum ination;(d)m icro-photolum inescence spectra for the position 1–5 denoted in(c).

圖3 (網刊彩色)(a)在405 nm激光激發下納米線微區熒光顯微圖像;(b),(c)488 nm激光聚焦在納米線兩端點激發時的顯微圖像,E1,E2表示激發端點,O 1,O 2表示波導光出射端點;(d)O 1,O 2的發射光譜,插圖為E1,E2的發射光譜Fig.3.(color on line)(a)Real-color m icroscope photograph of the rep resentative heterostructure nanow ire under the illum ination of a diff used 405 nm laser;(b),(c)real-color m icroscope im ages of the nanow ire in (a)excited at the end of CdSSe and CdS,respectively,by a focused laser of 488 nm,and O 1,O 2 denote the rem ote ends for light guiding ou t;(d)the spectra of the light em itted from O 1 and O 2,the inset is the em ission spectra for the excitation positions of E1 and E2.

為了研究CdS/CdSSe軸向異質結納米線光波導特性,我們選擇其中一根納米線為研究對象(見圖3(a)).利用光斑直徑大約為300 nm的488 nm激光分別激發在納米線的CdSSe部分的端點(激發端點E1,見圖3(b))及CdS部分的端點(E2,見圖3(c)).當光激發點在E1時,遠端O1(出射端點)發出與激發點相同顏色的紅光.這說明CdSSe的發光可以被波導至遠端(正向波導).而當光激發點在E2時,遠端O2發出紅色光,而E2為綠色.這是因為CdS的發光在波導過程中被CdSSe吸收,再發射出紅光,并被波導至O2(反向波導).圖3(d)為O1和O2對應的發光光譜.為了便于比較兩種波導方向的波導效率,我們通過調控激發光的強度使激發點E1和E2的發光強度相同(見插圖).盡管E1和E2的發光波長不同(見插圖),但是O1和O2具有基本相同的發光波長.這與圖3(b)和圖3(c)相一致.另外,O1的發光峰值強度大約是O2的10倍,這表明CdS/CdSSe軸向異質結納米線對紅光的波導效率要高于綠光,即正向波導效率高于反向波導.在組分均一的納米線中,波導效率與方向無關,而僅與波導距離有關.而此軸向異質結納米線由兩部分帶隙不同的材料構成.當激發窄帶隙端(CdSSe)時,其發光的光子能量小于寬禁帶部分(CdS),故可以直接通過寬禁帶部分而不被吸收,形成無源波導.而當激發寬帶隙端(CdS)時,其發光將被窄禁帶部分(CdSSe)吸收,然后再發射出低能量光子,形成有源波導.對于無源波導,其損耗只有傳輸損耗主要由結構無序性所導致的界面和表面散射[25,29,30].而對于有源波導,除了上述損耗外,主要損耗來自于吸收-再發射過程中的無輻射過程[19].由于這兩種不同的傳輸機制導致正向和反向傳輸具有不同的傳輸效率.

圖4 (網刊彩色)(a)在共聚焦近場顯微鏡下的光學測試實驗裝置示意圖;(b)—(e)納米線異質結在抽運光激發下,不同激發強度下材料的光致發光光譜;(f)綠光(圓點)和紅光(五角星)發射帶的發光強度隨抽運光強度的變化Fig.4.(color on line)(a)Schem atic of the experim ental setup for the lasing m easurem ents based on single CdS/CdSSe nanow ire heterostructu re;(b)–(e)pum ping power-dependent photolum inescence spectra for a rep resentative CdS/CdSSe nanow ire heterostructu re;(f)pum p ing power-dependent em ission intensity of a representative CdS/CdSSe nanow ire heterostructure for green(dots)and red(red pentagram s)em ission band,respectively.

由于納米線具有平整的自然斷裂端面,這些端面可以形成天然的反光鏡,將部分到達端面的波導光反射回波導腔.由于半導體的自吸收效應,使得半導體納米線還可以作為增益介質[21,24,31,32].根據激射產生的原理,當增益等于損耗時,就會產生受激發射[33?35].基于上述討論,CdS/CdSSe軸向異質結納米線可以作為性能優異的波導腔,并且同時具有對兩個不同波段光的不同波導效率.所以,對其不同激發功率下的納米線發射光譜的研究可以進一步理解波導光在異質結納米線中與物質的相互作用.圖4(a)是激射過程測試裝置圖,利用470 nm飛秒激光(spectra physics, 1 kHz)作為激發光源,通過透鏡聚焦至80μm直徑的光斑將納米線全部照明.發光信號經過顯微鏡收集,進入CCD光譜儀檢測.圖4(b)—(e)為不同激發功率下的發光光譜,由圖可知,在低激發功率(20μJ/cm2,圖4(b))下,發射光譜為中心波長在520 nm和600 nm附近的寬帶發射帶,這是典型的自發輻射光譜[19?21].當激發功率增加到45μJ/cm2時(圖4(c)),在591.5 nm波長處開始出現了一個尖峰.當激發功率達到160μJ/cm2時(圖4(d)),在526.4 nm波長處同時出現了激射峰.并且隨著激發功率的進一步增強,尖峰的強度迅速增加,最終將自發輻射全部掩蓋(圖4(e)),這對應著受激輻射的過程特征[17?19,36].圖4(f)是兩個發射帶峰值強度隨激發功率的變化.紅光發射帶和綠光發射帶發射強度與激發功率關系曲線的斜率分別在45μJ/cm2和160μJ/cm2處呈現了超線性關系,這表明紅光發射帶的激射閾值遠低于綠光發射帶.這是由于對于紅光發射帶,其自吸收損耗只發生在CdSSe部分,而對于綠光發射的自吸收則不僅發生在CdSSe部分,還發生在CdS部分,因為CdSSe的帶隙遠低于綠光發射光子能量.另一方面,綠光發射在CdSSe部分的自吸收還進一步增強了紅光發射帶的增益.基于這些原因,紅光發射的激射閾值遠低于綠光發射帶的激射閾值.

為了進一步證明波導光可以在納米線中不同介質(CdS和CdSSe)間波導,我們利用多物理場方法(COMSOL)對CdS/CdSSe軸向異質結納米線中的光波導進行了模擬.圖5(a)是所建模型圖,其中左半部為CdS部分,右半部為CdSSe部分,長度均為2μm,直徑為200 nm;通過不同折射率區分兩部分介質,CdS折射率為2.5,CdSSe為3.0[37].圖5(b)和圖5(c)是分別從納米線的兩端入射526.4 nm和591.5 nm光的波導模擬結果.盡管CdSSe折射率要大于CdS折射率,從模擬結果可以清楚地看到無論是綠光從CdS進入CdSSe,還是紅光從CdSSe進入CdS,均可以進入另一介質,并基本不改變光場強度.這表明CdS發射的綠光可以高效地進入并激發CdSSe,這也是圖3(c)中CdS端(E2)激發,在遠端(O2)出射紅光的原因,同時也是紅光激射閾值低于綠光的原因.尤其是CdSSe中的紅光發射從高折射率CdSSe進入低折射率CdS并沒有對光的強度有明顯的影響,表明紅光可以在整個納米線中波導,這與圖3(b)中的結果一致.

圖5 (網刊彩色)不同波長光在CdS/CdSSe異質結納米線中波導的理論模擬結果(COMSOL)(a)擬合建立的模型圖,左邊為CdS部分,右邊為CdSSe部分; (b)526.4 nm光從CdS端點入射和(c)591.5 nm光從CdSSe入射的波導模擬結果Fig.5. (color on line)Sim u lation resu lts of the waveguide in the CdS/CdSSe axial nanow ire heterostructu res: (a)The m odel for the sim u lation,CdS and CdSSe com ponents locate at left and right side,respectively;(b)the sim u lation resu lt of the waveguide for 526.4 nm light incident from the end of CdS com ponent;(c)the sim u lation resu lt of the waveguide for 591.5 nm light incident from end of CdSSe com ponent,respectively.The arrow s indicate the incidence direction of the light.

4 結 論

本文采用CVD法成功地制備出CdS/CdS0.48-Se0.52軸向異質結納米線.單根納米線的光波導研究表明,該異質結構具有非對稱光波導特性.由于CdS/CdSSe軸向異質結納米線可以作為性能優異的波導腔,并且同時具有對兩個不同波段光的不同波導效率,利用此原理,我們實現了基于此異質結構的紅、綠雙色納米線激光器,并且紅光激射閾值遠低于綠光激射閾值.理論模擬結果表明,在此異質結納米線結果中,盡管CdS和CdSSe折射率不同,但是波導光可以高效地在兩相間波導.該納米線異質結構在雙色納米線激光器、光互聯等光子學方面有潛在的應用.

[1]Faist J,Capasso F,Sivco D L,Sirtori C,Hu tchinson A L,Cho A Y 1994 Science 264 553

[2]Slight T J,Rom eira B,W ang L,Figueiredo J M L, W asige E,Ironside C N A 2008 IEEE J.Quantum Elect. 44 1158

[3]H iyam izu S,M im ura T 1982 J.Cryst.Grow th 56 455

[4]Harrison T R,Tait G B,M cAdoo J A 2005 Proc.SPIE 5732 342

[5]Nylund G,Storm K,Lehm ann S,Capasso F,Sam uelson L 2016 Nano Lett.16 1017

[6]de la M ata M,M agen C,Caroff P,A rbiol J 2014 Nano Lett.14 6614

[7]Gudiksen M S,Lauhon L J,Wang J,Sm ith D C,Lieber C M 2002 Nature 415 617

[8]W u Y,Fan R,Yang P 2002 Nano Lett.2 83

[9]Flynn G,Ram asse Q M,Ryan K M 2016 Nano Lett.16 374

[10]B j?rk M T,Oh lsson B J,Sass T,Persson A I,Thelander C,M agnusson M H,Deppert K,W allenberg L R, Sam uelson L 2002 Nano Lett.2 87

[11]Fan C,Zhang Q L,Zhu X L,Zhuang X J,Pan A L 2015 Sci.Bull.60 1674

[12]Guo S,Li Z S,Song G L,Zou B S,W ang X X,Liu R B 2015 J.A lloys Com pd.649 793

[13]Tan H,Fan C,M a L,Zhang X H,Fan P,Yang Y K, Hu W,Zhou H,Zhuang X J,Zhu X L,Pan A L 2016 Nano-M icro Lett.8 29

[15]M a L,Zhang X H,Li H L,Tan H,Yang Y K,Xu Y D, Hu W,Zhu X L,Zhuang X J,Pan A L 2015 Sem icond. Sci.Techno l.30 10

[16]Li J J,Gao Z Y,Xue X W,Li H M,Deng J,Cui B F, Zou D S 2016 Acta Phys.Sin.65 118104(in Chinese) [李江江,高志遠,薛曉瑋,李慧敏,鄧軍,崔碧峰,鄒德恕2016物理學報65 118104]

[17]Zheng D S,W ang J L,Hu W D,Liao L,Fang H H,Guo N,W ang P,Gong F,W ang X D,Fan Z Y,W u X,M eng X J,Chen X S,Lu W 2016 Nano Lett.16 2548

[18]Zheng D S,Fang H H,W ang P,Luo W J,Gong Fan,Ho J C,Chen X S,Lu W,Liao L,W ang J L,Hu W D 2016 Adv.Funct.M ater.26 7690

[19]Pan A L,W ang S Q,Liu R B,Li C R,Zou B S 2005 Sm a ll 1 1058

[20]W ang X,Pan A L,Liu D,Bai Y Q,Zhang Z H,Zou B S,Zhu X 2007 Acta Phys.Sin.56 6352(in Chinese)[王笑,潘安練,劉丹,白永強,張朝暉,鄒炳鎖,朱星2007物理學報56 6352]

鄉土正義是把握鄉村社會法律秩序的重要窗口。本文力圖管中窺豹，以糾紛社會文本為切口，著重討論鄉土正義命題及其嬗變背后的社會秩序問題，以下是一個初步的總結與討論。

[21]Zhang Q L,Zhu X L,Li Y Y,Liang JW,Chen T R, Fan P,Zhou H,Hu W,Zhuang X J,Pan A L 2016 Laser Photon.Rev.10 458

[22]Zhang Q L,Liu H W,Guo P F,Li D,Fan P,Zheng W H,Zhu X L,Jiang Y,Zhou H,Hu W,Zhuang X J,Liu H J,Duan X F,Pan A L 2017 Nano Energy 32 28

[23]Zhang Q L,W ang SW,Liu X X,Chen T R,Li H F, Liang J W,Zheng W H,Agarwal R,Lu W,Pan A L 2016 Nano Energy 30 481

[24]Pan A L,Zhou W C,Leong E S P,Liu R B,Chin A H, Zou B S,Ning C Z 2009 Nano Lett.9 784

[25]Sirbu ly D J,Law M,Pauzauskie P,Yan H,M aslov A V, K nu tsen K,Ning C Z,Saykally R J,Yang P 2005 Proc. Natl.Acad.Sci.USA 102 7800

[26]Pan ZW,Dai Z R,M a C,Wang Z L 2002 J.Am.Chem. Soc.124 1817

[27]Pan A L,Yang H,Liu R B,Yu R C,Zou B S,Wang Z L 2005 J.Am.Chem.Soc.127 15692

[28]Pan A L,W ang X X,He P B,Zhang Q L,W an Q, Zacharias M,Zhu X,Zou B S 2007 Nano Lett.7 2970

[29]Xu J Y,Zhuang X J,Guo P F,Huang W Q,Hu W, Zhang Q L,W an Q,Zhu X L,Yang Z Y,Tong L M, Duan X F,Pan A L 2012 Sci.Rep.2 820

[30]Xu J Y,Zhuang X J,Guo P F,Zhang Q L,M a L,W ang X X,Zhu X L,Pan A L 2013 J.M ater.Chem.C 1 4391 [31]Yan H,Choe H S,Nam SW,Hu Y J,Das S,K lem ic J F,llenbogen J C,Lieber C M 2011 Nature 470 240

[32]Duan X F,Huang Y,Cui Y,W ang J F,Lieber C M 2001 Nature 409 66

[33]Li J B,M eng C,Liu Y,W u X Q,Lu Y Z,Ye Y,Dai L, Tong L M,Liu X,Yang Q 2013 Adv.M ater.25 833

[34]Guo P F,Zhuang X J,Xu J Y,Zhang Q L,Hu W,Zhu X L,W ang X X,W an Q,He P B,Zhou H,Pan A L 2013 Nano Lett.13 1251

[35]Zimm ler M A,Bao J,Capasso F,M u ller S,Ronning C 2008 Appl.Phys.Lett.93 051101

[36]Zhuang X J,Guo P F,Zhang Q L,Liu H W,Li D,Hu W,Zhu X L,Zhou H,Pan A L 2016 Nano Res.9 933

[37]Jensen B,Torabi A 1986 J.Opt.Soc.Am.B 3 857

PACS:42.55.–f,42.55.Px,42.82.–m,42.82.EtDOI:10.7498/aps.66.064204

A symm etric w avegu ide and the dual-w avelength stim u lated em ission for Cd S/Cd S0.48Se0.52ax ial nanow ire heterostructu res?

Li Dan1)Liang Jun-Wu2)Liu Hua-Wei1)Zhang Xue-Hong1)Wan Qiang1)Zhang Qing-Lin1)?Pan An-Lian1)?

1)(Key Laboratory for M icro-Nano Physics and Technology of Hunan Province,School of Physics and Electronics, Hunan University,Changsha 410082,China)
2)(School of Physical Science and Technology Engineering,Yu lin Norm al University,Yu lin 537000,China)
(Received 6 Novem ber 2016;revised m anuscrip t received 17 Decem ber 2016)

Sem iconductor axial nanow ire heterostructures are im portant for realizing the high-perform ance nano-photonics and opto-electronics devices.A lthough diff erent IV and III-V sem iconductor axial nanow ire heterostructures have been successfully prepared in recent decade,few of them focused on the optical properties,such as thewaveguide,due to their low light em ission effi ciencies.The II-V I sem iconductor nanow ires grown by chem ical vapor deposition strategy,such as CdS,CdSe and their alloys,can act as nanoscale waveguide,nanolasers,etc.,because of their high op tical gains and atom ically sm ooth surfaces.However,it is stilla challenge to grow ing the high-quality II-V Isem iconductor axialnanow ire heterostructures,owning to the poor controllability of the vapor grow th techniques.Here,the CdS/CdSSe axialnanow ire heterostructures are prepared w ith well controlled CVD method under the catalysis of annealed Au nanoparticles.The scanning electron m icroscope characterization show s that the w ires have sm ooth surfaces w ith Au particles at the tips, indicating the vapor-liquid-solid grow th m echanism for the nanow ire heterostructures.The m icroscope im ages of the dispersed w ires illum inated w ith a 405 nm laser show that the red and the green segm ent align axially w ith a sharp interface,demonstrating the axial alignment of CdSand CdSSe segments.The position related m icro-photolum inescence spectra exhibit near band edge em issions of CdS and CdSSe w ithout obvious em ission from defect states,which suggests that the w ires have highly crystalline quality.The waveguide of the nanow ire heterostructures is studied through respectively locally exciting the two ends of the w ire w ith a focused 488 nm laser.The local illum inations at both the CdS end and the CdSSe end resu lt in red em ission at the corresponding remote ends of the w ires,w ith the em ission intensity of the former being one order lower than that of the later,which is caused by the reabsorption of the green light em ission(from CdS segm ent)in the CdSSe segm ent.This indicates the asymm etric waveguide in these heterosturctures, which im p lies that the CdS/CdSSe nanow ire heterostructures have the potential app lications in the photodiode.Under the pum ping of 470 nm fem tosecond laser,dual-color(red and green)lasing is realized based on these w ires,w ith the lasing threshold of red light lasing being lower than that of the green one,which results from the larger round-trip loss for the green light arising from the self-absorp tion in CdSSe segment.To prove that the light can be transfer between the two segm entsw ith diff erent refractivities,the waveguide of the nanow ire heterostructure is simulated by the COM SOL.The resu lt show s that the light can eff ectively propagate between CdS and CdSSe segm ents,which ensures the light-m atter interaction in the axial CdS/CdSSe nanow ire heterostructures as discussed above.These high-quality CdS/CdSSe axial nanow ire heterostructures can be found to have the potential app lications in photodiodes,dual-color nanolasers and photodetectors.

nanow ires,heterostructure,waveguide,lasers

10.7498/aps.66.064204

?國家自然科學基金(批準號:11374092,61474040,61574054,61505051)資助的課題.

?通信作者.E-m ail:qinglin.zhang@hnu.edu.cn

?通信作者.E-m ail:an lian.pan@hnu.edu.cn

*Pro ject supported by the National Natu ral Science Foundation of China(G rant Nos.11374092,61474040,61574054, 61505051).

?Corresponding au thor.E-m ail:qinglin.zhang@hnu.edu.cn

?Corresponding au thor.E-m ail:an lian.pan@hnu.edu.cn