[發明專利]一種混合鹵素鈣鈦礦激光器及制造方法

在審

• 申請號: 202210478365.X
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN114976852A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 李雨晗;江鈞屹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/10;H01S5/30;C30B29/12
• 代理公司: 蘇州德萃知識產權代理有限公司 32629
• 代理人: 王亞洲

本發明提供了一種混合鹵素鈣鈦礦激光器及制造方法，包括在避免引入絕緣的有機長鏈大分子的前提下，通過混合一定比例的氯、溴、碘鹵素的鈣鈦礦前驅體溶液，調控自組裝量子阱鈣鈦礦勢壘層和阱層的分布和體積，提高鈣鈦礦發光層材料的電導率和散熱能力，從而提高器件的發光穩定性。自組裝多量子阱鈣鈦礦發光層是由不同禁帶寬度的雙混合鹵素鈣鈦礦組合而成，其中具有寬帶隙的氯/溴雙混合鹵素鈣鈦礦形成天然的“勢壘”，而窄帶隙的碘/溴雙混合鹵素鈣鈦礦形成天然的“勢阱”。DBR作為激光腔鏡，鈣鈦礦薄膜作為有源區，并夾在上DBR和下DBR之間。其中，上下DBR與鈣鈦礦接觸側均鍍有50至100nm厚的Al₂O₃薄膜作為散熱層。

技術領域

本發明涉及工程可靠性分析技術領域，特別地涉及一種混合鹵素鈣鈦礦激光器及制造方法。

背景技術

金屬鹵化物鈣鈦礦被認為是下一代可溶液處理的發光器件(如LED和激光器)的有力候選者。具有type-I型能級自組裝多量子阱結構的準二維鈣鈦礦可以增強激子結合能和可控的量子限域效應，具有很高的固態發光量子效率(80％)，極窄的發射線寬(20nm)，很大的激子結合能(200meV)以及良好的環境穩定性，這些都證明準二維鈣鈦礦材料非常適合用作連續光泵浦激光器的優良增益材料。

然而，與III–V族半導體量子阱材料相比，準二維鈣鈦礦薄膜在自組裝的過程中，會形成不同厚度的量子阱(n值)結構。絕緣的有機大分子作為勢壘的同時也減弱了內部電荷和熱的傳輸能力，提高準二維鈣鈦礦材料俄歇復合速率，最終嚴重抑制了其激光器在長時間光泵浦運行下的穩定性。

發明內容

針對上述現有技術中的問題，本申請提出了一種混合鹵素鈣鈦礦激光器及制造方法。

本發明的一種混合鹵素鈣鈦礦激光器，包括：第一電極和第二電極；位于第一電極和第二電極之間的第一傳輸層和第二傳輸層；位于第一傳輸層和第二傳輸層之間的增益層，其中增益層包括具有鈣鈦礦晶體結構的材料；以及襯底，其上形成有第一電極、第二電極、第一傳輸層、第二傳輸層和增益層；其中分布反饋波導形成在第一傳輸層內，并且所述激光器被配置為使得在所述第一電極和所述第二電極之間流過所述增益層的電流導致所述增益層發射相干光。

優選地，所述第一傳輸層和增益層之間的包含聚合物印刷層。

優選地，具有鈣鈦礦晶體結構的材料包括C_SPbI_xBR_3-x。

優選地，所述反饋波導包括：形成在第一傳輸層中的第一光柵線，其中第一光柵線在第一方向上伸長；形成在第一傳輸層中的第二光柵線，其中第二光柵線在第一方向上伸長；以及第三光柵線，形成在第一光柵線和第二光柵線之間的第一傳輸層中；其中第三光柵線沿第一方向伸長，并且其中，沿著垂直于第一方向的第二方向，第一光柵線和第三光柵線之間的第一距離基本上等于第三光柵線和第二光柵線之間的第二距離。

優選地，第一光柵線、第二光柵線和第三光柵線形成在第一傳輸層的與增益層相鄰的表面中。

優選地，第一光柵線、第二光柵線、第三光柵線沿第二方向具有在相干光的波長的20％到相干光的波長的30％的范圍內的相應寬度，其中波長是增益層內的相干光的波長。

優選地，第一光柵線、第二光柵線和第三光柵線在第一距離的40％至60％的范圍內沿第二方向具有各自的寬度。

優選地，激光器被配置為在基本上平行于增益層的與第二傳輸層接觸的表面的方向上發射相干光。

本申請還涉及一種混合鹵素鈣鈦礦激光器制造方法，該方法包括：在襯底上提供具有第一電極的襯底；在襯底上形成第一傳輸層；在第一傳輸層內形成分布式反饋波導；在反饋波導上形成增益層，其中增益層包括具有鈣鈦礦晶體結構的材料；在增益層上形成第二傳輸層；以及在第二傳輸層上形成第二電極，其中所述激光器被配置為使得在所述第一電極和所述第二電極之間流過所述增益層的電流導致所述增益層發射相干光。