[發明專利]內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 201811193789.1
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109167256A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 廖晨
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器及其制備方法，該微盤腔激光器包括依次向上設置的硅基板、硅圓柱和內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的二氧化硅圓盤。本發明利用低毒的最低量子態2重簡并的碲化銀量子點替代最低量子態8重簡并的鉛鹽量子點，以實現低閾值的近紅外光增益,通過在碲化銀量子點表面包覆鋅元素含量從內到外逐漸增加的碲化銀鋅合金殼，來構建平緩的界面勢壘和鈍化碲化銀量子點的表面，能夠進一步降低光增益閾值。將量子點嵌入二氧化硅中能夠避免在微盤腔上涂覆量子點帶來的品質因子下降。用內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的二氧化硅薄膜制備微盤腔，最終能夠獲得低閾值、高品質因子和環境友好的微盤腔近紅外量子點激光器。

技術領域

本發明涉及一種內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器及其制備方法，屬于半導體光電子器件的技術領域。

背景技術

近紅外激光器可廣泛應用于光通信、遙感和相干等離子體產生等領域。受益于量子限域效應，半導體量子點作為光增益材料展現出了多種優越的性能，例如發射波長隨尺寸可調、潛在的低激光閾值和溫度不敏感的激光性能。目前，利用分子束外延法制備的近紅外量子點激光器已經開始商業應用。相比于外延生長的量子點，膠體量子點具有更小的尺寸和更均一的尺寸分布，因而具有更強的量子限域效應和更窄的發射峰。最常見的近紅外發射膠體量子點是鉛鹽(硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛)量子點。它們為巖鹽型結構，在布里淵區的L點有4個等效的能帶最小值。考慮2重自旋簡并，鉛鹽量子點的最低量子態是8重簡并的，平均每個量子點內的激子數要超過4才能實現粒子數反轉。這使鉛鹽量子點的光增益閾值極高，很難實現光增益。目前，迫切需要尋找到一種新型的膠體量子點來實現低閾值的近紅外光增益。

近年來，低毒的最低量子態2重簡并的碲化銀量子點由于在第二近紅外窗口具有優異的熒光性質而引起強烈的關注。目前關于碲化銀量子點的研究大多聚焦在制備方法以及細胞毒性，其在激光領域的潛在應用尚未有報道。

僅用碲化銀量子點代替鉛鹽量子點還不能獲得最理想的近紅外光增益。在膠體量子點中俄歇復合非常高效，這使膠體量子點的光增益閾值高于外延生長的量子點，阻礙了膠體量子點激光器的發展。

微盤腔激光器具有品質因子高、制備便捷和可集成化等優點。然而膠體量子點與微盤腔的耦合一直沒能很好地實現。目前，最常用的做法是將量子點涂覆在制備好的二氧化硅微盤腔上，這樣會顯著降低微盤腔的品質因子。

發明內容

本發明的目的是提供一種內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器及其制備方法，以獲得低閾值、高品質因子和環境友好的微盤腔近紅外量子點激光器。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器，包括依次向上設置的硅基板、硅圓柱和內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的二氧化硅圓盤。

所述內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的二氧化硅圓盤由二氧化硅圓盤和嵌入該二氧化硅圓盤中的碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點組成。

所述碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點在二氧化硅圓盤中均勻分布。

所述碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點由碲化銀量子點以及包覆在該碲化銀量子點表面的碲化銀鋅合金殼組成。

所述碲化銀鋅合金殼的鋅元素含量從內到外逐漸增加。

所述碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點作為光增益介質。

所述硅圓柱上底面的面積小于內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的二氧化硅圓盤下底面的面積。

一種內含碲化銀/碲化銀鋅核殼量子點的微盤腔激光器的制備方法，包括以下步驟：

(1)利用高溫熱分解法制備碲化銀量子點；