[发明专利]一种混合卤素钙钛矿激光器及制造方法

说明书

本发明提供了一种混合卤素钙钛矿激光器及制造方法，包括在避免引入绝缘的有机长链大分子的前提下，通过混合一定比例的氯、溴、碘卤素的钙钛矿前驱体溶液，调控自组装量子阱钙钛矿势垒层和阱层的分布和体积，提高钙钛矿发光层材料的电导率和散热能力，从而提高器件的发光稳定性。自组装多量子阱钙钛矿发光层是由不同禁带宽度的双混合卤素钙钛矿组合而成，其中具有宽带隙的氯/溴双混合卤素钙钛矿形成天然的“势垒”，而窄带隙的碘/溴双混合卤素钙钛矿形成天然的“势阱”。DBR作为激光腔镜，钙钛矿薄膜作为有源区，并夹在上DBR和下DBR之间。其中，上下DBR与钙钛矿接触侧均镀有50至100nm厚的Al₂O₃薄膜作为散热层。

技术领域

本发明涉及工程可靠性分析技术领域，特别地涉及一种混合卤素钙钛矿激光器及制造方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿被认为是下一代可溶液处理的发光器件(如LED和激光器)的有力候选者。具有type-I型能级自组装多量子阱结构的准二维钙钛矿可以增强激子结合能和可控的量子限域效应，具有很高的固态发光量子效率(80％)，极窄的发射线宽(20nm)，很大的激子结合能(200meV)以及良好的环境稳定性，这些都证明准二维钙钛矿材料非常适合用作连续光泵浦激光器的优良增益材料。

然而，与III–V族半导体量子阱材料相比，准二维钙钛矿薄膜在自组装的过程中，会形成不同厚度的量子阱(n值)结构。绝缘的有机大分子作为势垒的同时也减弱了内部电荷和热的传输能力，提高准二维钙钛矿材料俄歇复合速率，最终严重抑制了其激光器在长时间光泵浦运行下的稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种混合卤素钙钛矿激光器及制造方法。

本发明的一种混合卤素钙钛矿激光器，包括：第一电极和第二电极；位于第一电极和第二电极之间的第一传输层和第二传输层；位于第一传输层和第二传输层之间的增益层，其中增益层包括具有钙钛矿晶体结构的材料；以及衬底，其上形成有第一电极、第二电极、第一传输层、第二传输层和增益层；其中分布反馈波导形成在第一传输层内，并且所述激光器被配置为使得在所述第一电极和所述第二电极之间流过所述增益层的电流导致所述增益层发射相干光。

优选地，所述第一传输层和增益层之间的包含聚合物印刷层。

优选地，具有钙钛矿晶体结构的材料包括C_SPbI_xBR_3-x。

优选地，所述反馈波导包括：形成在第一传输层中的第一光栅线，其中第一光栅线在第一方向上伸长；形成在第一传输层中的第二光栅线，其中第二光栅线在第一方向上伸长；以及第三光栅线，形成在第一光栅线和第二光栅线之间的第一传输层中；其中第三光栅线沿第一方向伸长，并且其中，沿着垂直于第一方向的第二方向，第一光栅线和第三光栅线之间的第一距离基本上等于第三光栅线和第二光栅线之间的第二距离。

优选地，第一光栅线、第二光栅线和第三光栅线形成在第一传输层的与增益层相邻的表面中。

优选地，第一光栅线、第二光栅线、第三光栅线沿第二方向具有在相干光的波长的20％到相干光的波长的30％的范围内的相应宽度，其中波长是增益层内的相干光的波长。

优选地，第一光栅线、第二光栅线和第三光栅线在第一距离的40％至60％的范围内沿第二方向具有各自的宽度。

优选地，激光器被配置为在基本上平行于增益层的与第二传输层接触的表面的方向上发射相干光。

本申请还涉及一种混合卤素钙钛矿激光器制造方法，该方法包括：在衬底上提供具有第一电极的衬底；在衬底上形成第一传输层；在第一传输层内形成分布式反馈波导；在反馈波导上形成增益层，其中增益层包括具有钙钛矿晶体结构的材料；在增益层上形成第二传输层；以及在第二传输层上形成第二电极，其中所述激光器被配置为使得在所述第一电极和所述第二电极之间流过所述增益层的电流导致所述增益层发射相干光。