[发明专利]基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，利用二维钙钛矿单晶作为垂直腔面发射激光器的光增益材料，二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n‑1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且二维钙钛矿单层均具有相同的n值，有机配体A嵌入共角卤化铅八面体空隙，有机配体B分别位于共角卤化铅八面体的相对两侧，二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n‑1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且有机配体B的碳原子数大于有机配体A；本发明基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器具有环境稳定性高、发射波长随n值可调、激光阈值低和品质因子高的优点。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，涉及一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)有别于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)，具有体积小、阈值低、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，被广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。

得益于高的荧光量子产率和电子迁移率，三维钙钛矿可广泛应用于LED和太阳能电池等光电子器件，其稳定性也受到了越来越多的关注。二维钙钛矿具有比三维钙钛矿更好的耐潮湿特性，使得二维钙钛矿的环境稳定性远高于三维钙钛矿，且二维钙钛矿具有量子阱的特性。

目前，基于复合二维钙钛矿的LED和太阳能电池已成功研制，但是基于旋涂法制备的复合二维钙钛矿薄膜在应用在垂直腔面发射激光器时，存在发射波长不单一，且存在大量的界面缺陷，限制了其作为激光材料的应用。

因此，提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，用于解决钙钛矿垂直腔面发射激光器所面临的环境稳定性低、发射波长不单一及存在界面缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括基板、第一反射镜、二维钙钛矿单晶及第二反射镜；其中，所述二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；所述二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且所述二维钙钛矿单层均具有相同的n值，所述有机配体A嵌入所述共角卤化铅八面体空隙，所述有机配体B分别位于所述共角卤化铅八面体的相对两侧，所述二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且所述有机配体B的碳原子数大于所述有机配体A。

可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括位于所述第一反射镜与所述二维钙钛矿单晶之间的第一调节层及位于所述二维钙钛矿单晶与所述第二反射镜之间的第二调节层，且所述第一调节层及第二调节层的光学厚度相等。

可选地，所述二维钙钛矿单晶的光学厚度为激光器谐振波长的1/6，所述第一调节层、二维钙钛矿单晶及第二调节层的总光学厚度为激光器谐振波长的1/2；所述第一调节层包括二氧化硅层，所述第二调节层包括二氧化硅层。

可选地，所述有机配体A包括CH₃NH₃⁺；所述有机配体B包括C₄H₉NH₃⁺或C₈H₉NH₃⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一种。

可选地，N的取值范围包括N≥10；n的取值范围包括1≤n≤5。