[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510734977.0
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105337167A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊宇;張杰;王茺;張璋;張瑾;王榮飛
• 申請（專利權(quán)）人: 云南大學(xué)
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器及其制備方法。

背景技術(shù)

量子點(diǎn)是一種準(zhǔn)零維的納米材料，三個維度的尺寸都在1-10nm之間，其內(nèi)部電子在各個方向上的運(yùn)動都受到局限，所以量子限域效應(yīng)顯著。不同尺寸的量子點(diǎn)，電子和空穴被量子限域的程度不一樣，分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)也因量子點(diǎn)的尺寸不同而不同。因此，在受到外來能量激發(fā)后，不同尺寸的量子點(diǎn)將發(fā)出不同波長的熒光，也就是各種顏色的光。

近二三十年量子點(diǎn)合成技術(shù)的發(fā)展使新一代量子點(diǎn)發(fā)光器件迅速興起，核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的發(fā)光效率可以高達(dá)100%，由前述可知量子點(diǎn)的發(fā)光光譜容易調(diào)節(jié)，只要改變量子點(diǎn)尺寸或摻入其他元素，其發(fā)光波長可以在所有可見波段調(diào)節(jié)，并能延伸至近紅外波段和近紫外波段，大大增加了其可開發(fā)利用的前景。除此之外，量子點(diǎn)發(fā)光光譜的半峰寬較窄，一般小于30nm，滿足了做發(fā)光器件的一個重要條件。另一個重要因素，量子點(diǎn)的光化學(xué)穩(wěn)定性較有機(jī)材料有大幅提升，可有效延長器件的壽命，達(dá)到商用要求。

然而，傳統(tǒng)硅基量子點(diǎn)器件日益趨緊物理極限，含量子點(diǎn)和石墨烯的新型納米器件受到廣泛的關(guān)注。石墨烯材料與量子點(diǎn)材料的共同優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)對入射光的快速響應(yīng)，并且可以對相應(yīng)波長進(jìn)行寬帶寬調(diào)諧，在近紅外以及中紅外波段實(shí)現(xiàn)較高的響應(yīng)，且這種器件可以在室溫下工作，不受低溫條件的限制，解決了一直以來的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中量子點(diǎn)激光器件的發(fā)光效率低、需要低溫進(jìn)行的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種量子點(diǎn)激光器件，包括襯底層，所述襯底上包含有二氧化硅層，所述二氧化硅層上設(shè)置有石墨烯層，所述石墨烯層上設(shè)置有量子點(diǎn)層，所述的增強(qiáng)發(fā)光的石墨烯材料設(shè)置在量子點(diǎn)層和二氧化硅層之間。

進(jìn)一步地，上述襯底層具體為高摻雜的單晶硅片，厚度為500um；所述二氧化硅層厚度為300nm。

進(jìn)一步地，所述的石墨烯材料是用于增強(qiáng)器件的發(fā)光性能，此外，還可以選用MoS₂、WSe₂、以及Mo的硫化物中的一種。

進(jìn)一步地，所述的石墨烯材料，其厚度在1-10單原子層。

進(jìn)一步地，上述量子點(diǎn)發(fā)光層的厚度為1-10nm，優(yōu)選地，量子點(diǎn)發(fā)光層厚度為3-7nm。

進(jìn)一步地，設(shè)置在所述量子點(diǎn)發(fā)光層與二氧化硅層之間的增強(qiáng)發(fā)光層的邊緣與所述的量子點(diǎn)發(fā)光層的邊緣平齊。

進(jìn)一步地，所述量子點(diǎn)發(fā)光層中量子點(diǎn)材料選自Ge量子點(diǎn)、InAs量子點(diǎn)、InGaAs量子點(diǎn)中的一種。

進(jìn)一步地，所述量子點(diǎn)材料是在室溫下進(jìn)行生長的。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明一種實(shí)施例提供的量子點(diǎn)激光器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了本發(fā)明的量子點(diǎn)激光器件的實(shí)施例1與沒有石墨烯增強(qiáng)層的對比例1的器件的PL譜峰光強(qiáng)度對比。

圖3示出了本發(fā)明的量子點(diǎn)激光器件的實(shí)施例1與襯底上設(shè)置有二氧化硅層的對比例2的PL譜峰光強(qiáng)度對比。

圖4示出了本發(fā)明的量子點(diǎn)發(fā)光器件的實(shí)施例1與沒有量子點(diǎn)作為發(fā)光層的對比例3的器件的PL譜峰光強(qiáng)度對比。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器件，該量子點(diǎn)激光器件包括襯底層，所述襯底上包含有二氧化硅層，所述二氧化硅層上設(shè)置有石墨烯層，所述石墨烯層上設(shè)置有量子點(diǎn)層，所述的增強(qiáng)發(fā)光的石墨烯材料設(shè)置在量子點(diǎn)層和二氧化硅層之間。

實(shí)施例1

（1）、襯底的清洗：用去離子水、丙酮和乙醇超聲清洗，各超聲15min且每兩步之間用去離子水沖洗，然后用濃硫酸和雙氧水，以2:1的比例配制的溶液浸泡15min，用去離子水沖洗，然后用氮?dú)鈽尨蹈梢后w。

（2）、石墨烯增強(qiáng)層的制備：將懸空自助轉(zhuǎn)移的單層石墨烯釋放到去離子水中，完全釋放使其平整展開，然后將放在去離子水中的清潔的襯底慢慢上抬，是石墨烯平整的轉(zhuǎn)移到襯底上，最后在烘箱中烘干，增加石墨烯與襯底的吸附能力。

（3）、量子點(diǎn)發(fā)光層的制備：將制備完傳輸層的樣品轉(zhuǎn)入到樣品托中，放入離子束濺射生長室內(nèi)，抽真空至壓強(qiáng)小于3.0×10^-4Pa，向?yàn)R射生長室內(nèi)充入純度為5N的Ar氣至真空度為2.0×10^-2Pa，在離子束流為7mA，束流電壓為1KV的條件下，濺射生長厚度為3nm厚度的Ge量子點(diǎn)，得到實(shí)施例1的量子點(diǎn)激光器件。