[发明专利]内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法，该垂直腔面发射激光器包括依次向上设置的石英基板、下高反镜、内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的二氧化硅层和上高反镜。本发明利用低毒的最低量子态2重简并的碲化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点以实现低阈值的近红外光增益，通过在碲化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的碲化银锌合金壳，来构建平缓的界面势垒和钝化碲化银量子点的表面，能够进一步降低光增益阈值。将内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的二氧化硅薄膜“夹”在两片高反镜之间，最终能够获得低阈值、高品质因子和环境友好的垂直腔面发射近红外量子点激光器。

技术领域

本发明涉及一种内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法，属于半导体光电子器件的技术领域。

背景技术

近红外激光器可广泛应用于光通信、遥感和相干等离子体产生等领域。受益于量子限域效应，半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能，例如发射波长随尺寸可调、潜在的低激光阈值和温度不敏感的激光性能。目前，利用分子束外延法制备的近红外量子点激光器已经开始商业应用。相比于外延生长的量子点，胶体量子点具有更小的尺寸和更均一的尺寸分布，因而具有更强的量子限域效应和更窄的发射峰。最常见的近红外发射胶体量子点是铅盐(如硫化铅、硒化铅和碲化铅)量子点。它们为岩盐型结构，在布里渊区的L点有4个等效的能带最小值。考虑2重自旋简并，铅盐量子点的最低量子态是8重简并的，平均每个量子点内的激子数要超过4才能实现粒子数反转。这使铅盐量子点的光增益阈值极高，很难实现光增益。目前，迫切需要寻找到一种新型的胶体量子点来实现低阈值的近红外光增益。

近年来，低毒的最低量子态2重简并的碲化银量子点由于在第二近红外窗口具有优异的荧光性质而引起强烈的关注。目前关于碲化银量子点的研究大多聚焦在制备方法以及细胞毒性，其在激光领域的潜在应用尚未有报道。

仅用碲化银量子点代替铅盐量子点还不能获得最理想的近红外光增益。在胶体量子点中俄歇复合非常高效，这使胶体量子点的光增益阈值高于外延生长的量子点，阻碍了胶体量子点激光器的发展。

垂直腔面发射激光器具有集成度高、易与光纤耦合和制备过程中可实时检测等优点。然而胶体量子点与平面腔的耦合一直没能很好地实现。目前，最常用的做法是在下高反镜上旋涂内含量子点的有机聚合物薄膜，然后在聚合物薄膜上沉积上高反镜构成法布里-珀罗腔。由于有机聚合物与无机上高反镜材料的膨胀系数相差较大，很难获得高品质因子的谐振腔。

发明内容

本发明的目的是提供一种内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法，以获得低阈值、高品质因子和环境友好的垂直腔面发射近红外量子点激光器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器，包括依次向上设置的石英基板、下高反镜、内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的二氧化硅层和上高反镜。

所述内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的二氧化硅层由二氧化硅膜和嵌入该二氧化硅膜中的碲化银/碲化银锌核壳量子点组成。

所述碲化银/碲化银锌核壳量子点在二氧化硅膜中均匀分布。

所述碲化银/碲化银锌核壳量子点由碲化银量子点以及包覆在该碲化银量子点表面的碲化银锌合金壳组成。

所述碲化银锌合金壳的锌元素含量从内到外逐渐增加。

所述碲化银/碲化银锌核壳量子点作为光增益介质。

所述下高反镜为分布式布拉格反射镜，由7个二氧化钛层和6个二氧化硅层交替叠加构成，二氧化钛层和二氧化硅层的光学厚度均为下高反镜的反射中心波长的1/4。

所述下高反镜的反射率大于99.5％