[發明專利]電泵浦鈣鈦礦量子點激光器的制備方法

有效

• 申請號: 201711323556.4
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108063365B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 鄭婉華;劉志爽;王宇飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;H01S5/30;H01S5/042
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯寶平

一種電泵浦鈣鈦礦量子點激光器的制備方法，包括如下步驟：步驟1：在一襯底刻蝕第一光子晶體結構為激光器提供諧振腔和面發射機制；步驟2：在一負電極上依次制備電子傳輸層、鈣鈦礦量子點層、空穴傳輸層和正電極，形成第一基片；步驟3：將刻蝕有第一光子晶體結構的襯底與第一基片鍵合，完成制備。本發明能得到結構簡單的電泵鈣鈦礦量子點激光器結構，其能有效地提高鈣鈦礦量子點在電泵下的外量子效率。

技術領域

本發明涉及量子點激光器領域，具體來講，涉及一種電泵浦的鈣鈦礦量子點激光器的制備方法。

背景技術

鈣鈦礦材料是指具有鈣鈦礦晶體結構的一類材料。這類材料化學式為ABX3，A/B/X可以被多種元素替代。鈣鈦礦材料具有發光光譜窄，顏色純度與CdSe量子點相當；且發光波長可以通過化學組分和納米晶體的尺寸調控，發光波長可覆蓋整個可見光光譜等優點。

鈣鈦礦材料成本低。目前有鈣鈦礦的兩種制備方法：1.前體溶液法；前體溶液法的制備過程是首先將鈣鈦礦的前體以及溶劑混合得到混合液，將混合液旋涂在襯底上，最后退火形成薄膜。2.納米晶體分散法；納米晶體分散法的制備過程是，將制備好的膠狀鈣鈦礦納米晶體通過旋涂法或滴涂法等溶液沉積法形成薄膜。鈣鈦礦薄膜的兩種制備方式都不需要高溫，且鈣鈦礦本身所需的材料成本也不高。

鈣鈦礦材料量子效率高。以混合鈣鈦礦材料為例，日前的光物理測量顯示，薄膜結構的鈣鈦礦內量子效率可超過80％，納米晶體的外量子效率90％，而外量子效率因為耦合等因素限制。目前電泵鈣鈦礦LED在近紅外波段的外量子效率為8.8％，在綠光波段的外量子效率為8.53％，在藍光波段的外量子效率為1.38％。電泵鈣鈦礦LED飽受量子效率低的限制。

目前關于鈣鈦礦激光器的研究主要集中在光泵，光泵的鈣鈦礦激光器主要采用回音壁模式、DFB、FP腔以及隨機激光等諧振腔類型。而電泵的鈣鈦礦激光器一直沒有報道，僅有電泵的鈣鈦礦LED，且量子效率也僅在8.8％左右。

利用光子晶體作為激光器的諧振腔的做法由來已久，在1999年Noda研究小組就利用二維三角晶格的Γ點的帶邊模式實現了面發射的電泵激光器(Imada，Chutinan[1])，在n-InP刻蝕光子晶體結構，然后將n型區與含有量子阱的p-InP鍵合，實現了電泵的面發射激光器。此后基于光子晶體的面發射激光器的研究日漸增多，光子晶體的結構也不僅限制在二維還有一些基于三維的諧振腔(Noda，Tomoda[2])。光子晶體的晶格類型也擴展為三角晶格、四方晶格(Noda，Yokoyama[3])等，這些光子晶體結構也逐漸應用于其他類型的材料。

針對鈣鈦礦材料的光子晶體激光器至今未見報道，專利文獻(授權專利號CN101369715 B)具有光子晶體的構造體和面發射激光器等涉及光子晶體的專利是利用光子晶體的帶邊模式實現面發射，而光子晶體的微腔或陣列或耦合腔陣列并沒有被包含在內，且面發射激光器均未涉及鈣鈦礦材料以及獨有的電注入結構。

專利文獻(授權專利號CN101641847 A)提出基于GaN材料的光子晶體激光器，光子晶體層被限制在n型覆層和有源層之間或者p型層和有源層之間。這樣的結構并不適合鈣鈦礦材料。目前對鈣鈦礦以傳輸層電子傳輸層和空穴傳輸層一般為折射率在1.5-2之間的聚合物，并不適合做光子晶體。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電泵浦鈣鈦礦量子點激光器的制備方法，該方法易于實現，能得到結構簡單的電泵鈣鈦礦量子點激光器結構，其能有效地提高鈣鈦礦量子點在電泵下的外量子效率。

本發明提供一種電泵浦鈣鈦礦量子點激光器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在一襯底刻蝕第一光子晶體結構為激光器提供諧振腔和面發射機制；

步驟2：在一負電極上依次制備電子傳輸層、鈣鈦礦量子點層、空穴傳輸層和正電極，形成第一基片；

步驟3：將刻蝕有第一光子晶體結構的襯底與第一基片鍵合，完成制備。