[發(fā)明專利]內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的垂直腔面發(fā)射激光器及其制備方法

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• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109167254A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖晨
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發(fā)明公開了一種內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的垂直腔面發(fā)射激光器及其制備方法，該垂直腔面發(fā)射激光器包括依次向上設(shè)置的石英基板、下高反鏡、內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的二氧化硅層和上高反鏡。本發(fā)明利用低毒的最低量子態(tài)2重簡并的硒化銀量子點替代最低量子態(tài)8重簡并的鉛鹽量子點以實現(xiàn)低閾值的近紅外光增益，通過在硒化銀量子點表面包覆鋅元素含量從內(nèi)到外逐漸增加的硒化銀鋅合金殼，來構(gòu)建平緩的界面勢壘和鈍化硒化銀量子點的表面，能夠進一步降低光增益閾值。將內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的二氧化硅薄膜“夾”在兩片高反鏡之間，最終能夠獲得低閾值、高品質(zhì)因子和環(huán)境友好的垂直腔面發(fā)射近紅外量子點激光器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的垂直腔面發(fā)射激光器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體光電子器件的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近紅外激光器可廣泛應(yīng)用于光通信、遙感和相干等離子體產(chǎn)生等領(lǐng)域。受益于量子限域效應(yīng)，半導(dǎo)體量子點作為光增益材料展現(xiàn)出了多種優(yōu)越的性能，例如發(fā)射波長隨尺寸可調(diào)、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(jīng)開始商業(yè)應(yīng)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(yīng)和更窄的發(fā)射峰。最常見的近紅外發(fā)射膠體量子點是鉛鹽(如硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛)量子點。它們?yōu)閹r鹽型結(jié)構(gòu)，在布里淵區(qū)的L點有4個等效的能帶最小值?？紤]2重自旋簡并，鉛鹽量子點的最低量子態(tài)是8重簡并的，平均每個量子點內(nèi)的激子數(shù)要超過4才能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這使鉛鹽量子點的光增益閾值極高，很難實現(xiàn)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(xiàn)低閾值的近紅外光增益。

近年來，低毒的最低量子態(tài)2重簡并的硒化銀量子點由于在第二近紅外窗口具有優(yōu)異的熒光性質(zhì)而引起強烈的關(guān)注。目前關(guān)于硒化銀量子點的研究大多聚焦在制備方法以及體內(nèi)成像，其在激光領(lǐng)域的潛在應(yīng)用尚未有報道。

僅用硒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(fù)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(fā)展。

垂直腔面發(fā)射激光器具有集成度高、易與光纖耦合和制備過程中可實時檢測等優(yōu)點。然而膠體量子點與平面腔的耦合一直沒能很好地實現(xiàn)。目前，最常用的做法是在下高反鏡上旋涂內(nèi)含量子點的有機聚合物薄膜，然后在聚合物薄膜上沉積上高反鏡構(gòu)成法布里-珀羅腔。由于有機聚合物與無機上高反鏡材料的膨脹系數(shù)相差較大，很難獲得高品質(zhì)因子的諧振腔。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的垂直腔面發(fā)射激光器及其制備方法，以獲得低閾值、高品質(zhì)因子和環(huán)境友好的垂直腔面發(fā)射近紅外量子點激光器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的垂直腔面發(fā)射激光器，包括依次向上設(shè)置的石英基板、下高反鏡、內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的二氧化硅層和上高反鏡。

所述內(nèi)含硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點的二氧化硅層由二氧化硅膜和嵌入該二氧化硅膜中的硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點組成。

所述硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點在二氧化硅膜中均勻分布。

所述硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點由硒化銀量子點以及包覆在該硒化銀量子點表面的硒化銀鋅合金殼組成。

所述硒化銀鋅合金殼的鋅元素含量從內(nèi)到外逐漸增加。

所述硒化銀/硒化銀鋅核殼量子點作為光增益介質(zhì)。

所述下高反鏡為分布式布拉格反射鏡，由7個二氧化鈦層和6個二氧化硅層交替疊加構(gòu)成，二氧化鈦層和二氧化硅層的光學(xué)厚度均為下高反鏡的反射中心波長的1/4。

所述下高反鏡的反射率大于99.5％