[发明专利]一种异质结激光器及其制备方法

说明书

本文发明公开了一种异质结半导体激光器及其制备方法，利用双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛通过横向连接可构成Ⅰ型半导体异质结，用于在激光二极管中实现粒子数反转，能够有效的减小工作电流。所述半导体激光二极管由下至上依次包括：下电极(1)、衬底(2)、下包覆层(3)、有源层(4)、上包覆层(5)、接触层(6)和上电极(7)。本发明选用的材料异质结更容易达到晶格匹配，制备工艺也更简单，仅仅通过范德瓦耳斯力就能将双层旋转AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛进行横向连接形成异质结。本文通过机械剥离的方法来得到不同堆垛结构的少层类黑磷烯结构。

技术领域

本发明涉及一种用少层SnS的不同堆垛结构实现半导体激光器的方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

半导体激光器是利用半导体材料中的电子光跃迁引起光子受激发射而产生的光振荡器和光放大器的总称。1962年在最早的半导体激光器中观察到了低温脉冲激射，此后的时间里半导体激光器得到了飞速发展。经过多年的努力，由于MBE和MOCVD技术的成就，人们对半导体薄膜材料实现精确控制生长己成为可能，这使得半导体激光器的研制取得了显著进展，尤其是激光二极管，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器等等，是目前生产量最大的激光器。

半导体激光器中常用的工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等等，这类半导体激光器通常具有体积小、重量轻、可靠性好、使用寿命长等特点。但是早期的半导体激光器激光性能受温度影响大，光束的发散角也大，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。人们也正在努力寻找更合适、无污染的新型半导体材料用于激光器。

近几年来，2D材料因其优越的性质得到了人们的广泛关注。例如黑磷烯，其是直接带隙半导体，且其带隙随着层数的变化而变化，少层黑磷烯的电子迁移率能达到1000cm²/Vs，其相比于其他材料有更加优越的光学性质。近期，2D类黑磷烯材料引起了人们的广泛关注，且这类材料在某些方面有着比黑磷烯更加优越的性质。

本文重点关注了类黑磷烯材料，本文通过理论的计算，对于少层GeS，在不同堆垛结构下，有两种稳定的结构，即双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛。利用GeS的不同堆垛结构具有不同带隙和能级的特点，可以将不同类型的GeS堆垛组合成Ⅰ型半导体异质结。本文通过将双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛通过范德华力相结合，形成Ⅰ型半导体异质结来制造半导体激光器。这里涉及到的异质结是由同种材料构成的。相比于不同材料的异质结，这种方法制备条件要求相对较低，成本较低，且能达到22.44％的转化效率，能实现高效的光电能转换。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种异质结半导体激光器及其制备方法，使用二维材料GeS的不同堆垛结构组成Ⅰ型异质结制备半导体激光器，降低制备成本，提高半导体激光器的效率。

技术方案：一种异质结激光器，用双层堆垛类黑磷烯的不同堆垛结构实现HD型异质结半导体激光器，该异质结半导体激光器的结构自下而上包括：下电极、衬底、下包覆层、有源层、上包覆层和上电极；有源层为一个横向异质结，横向异质结由双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛构成。

所述的异质结半导体激光器中，上包覆层为p型双层AD型GeS堆垛，下包覆层为n型双层AD型GeS堆垛，都为AD堆垛结构，上包覆层和下包覆层的厚度为10-20nm。

双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛都为稳定的堆垛结构；双层AD型GeS堆垛的第二层相当于相对第一层沿b方向移动了半个周期，双层旋转AB型GeS堆垛的结构的第二层相对于第一层进行了180°的旋转，然后沿着a方向移动了半个周期。

双层AD型GeS堆垛和双层旋转AB型GeS堆垛通过探针剥离的方法将初始结构进行错位得到。