[發明專利]基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010350421.2
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111446619A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 蔣小強;何云;許劍;劉桂芝
• 申請（專利權）人: 上海南麟電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/36
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器及其制備方法，利用二維鈣鈦礦單晶作為垂直腔面發射激光器的光增益材料，二維鈣鈦礦單晶包括N層二維鈣鈦礦單層，N≥2；二維鈣鈦礦單層包括n層共角鹵化鉛八面體、n?1層有機配體A及2層有機配體B，n≥1，且二維鈣鈦礦單層均具有相同的n值，有機配體A嵌入共角鹵化鉛八面體空隙，有機配體B分別位于共角鹵化鉛八面體的相對兩側，二維鈣鈦礦單層的化學式為B₂A_n?1Pb_nX_3n+1，X為鹵族元素，且有機配體B的碳原子數大于有機配體A；本發明基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器具有環境穩定性高、發射波長隨n值可調、激光閾值低和品質因子高的優點。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件領域，涉及一種基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器及其制備方法。

背景技術

垂直腔面發射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)有別于發光二極管(LED)和激光二極管(LD)，具有體積小、閾值低、價格低廉、易集成為大面積陣列等優點，被廣泛應用于光通信、光互連、光存儲等領域。

得益于高的熒光量子產率和電子遷移率，三維鈣鈦礦可廣泛應用于LED和太陽能電池等光電子器件，其穩定性也受到了越來越多的關注。二維鈣鈦礦具有比三維鈣鈦礦更好的耐潮濕特性，使得二維鈣鈦礦的環境穩定性遠高于三維鈣鈦礦，且二維鈣鈦礦具有量子阱的特性。

目前，基于復合二維鈣鈦礦的LED和太陽能電池已成功研制，但是基于旋涂法制備的復合二維鈣鈦礦薄膜在應用在垂直腔面發射激光器時，存在發射波長不單一，且存在大量的界面缺陷，限制了其作為激光材料的應用。

因此，提供一種基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器及其制備方法，實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器及其制備方法，用于解決鈣鈦礦垂直腔面發射激光器所面臨的環境穩定性低、發射波長不單一及存在界面缺陷的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于二維鈣鈦礦單晶的垂直腔面發射激光器，所述垂直腔面發射激光器包括基板、第一反射鏡、二維鈣鈦礦單晶及第二反射鏡；其中，所述二維鈣鈦礦單晶包括N層二維鈣鈦礦單層，N≥2；所述二維鈣鈦礦單層包括n層共角鹵化鉛八面體、n-1層有機配體A及2層有機配體B，n≥1，且所述二維鈣鈦礦單層均具有相同的n值，所述有機配體A嵌入所述共角鹵化鉛八面體空隙，所述有機配體B分別位于所述共角鹵化鉛八面體的相對兩側，所述二維鈣鈦礦單層的化學式為B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X為鹵族元素，且所述有機配體B的碳原子數大于所述有機配體A。

可選地，所述垂直腔面發射激光器還包括位于所述第一反射鏡與所述二維鈣鈦礦單晶之間的第一調節層及位于所述二維鈣鈦礦單晶與所述第二反射鏡之間的第二調節層，且所述第一調節層及第二調節層的光學厚度相等。

可選地，所述二維鈣鈦礦單晶的光學厚度為激光器諧振波長的1/6，所述第一調節層、二維鈣鈦礦單晶及第二調節層的總光學厚度為激光器諧振波長的1/2；所述第一調節層包括二氧化硅層，所述第二調節層包括二氧化硅層。

可選地，所述有機配體A包括CH₃NH₃⁺；所述有機配體B包括C₄H₉NH₃⁺或C₈H₉NH₃⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一種。

可選地，N的取值范圍包括N≥10；n的取值范圍包括1≤n≤5。