硅基激光器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅基激光器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着硅光子学技术的发展，目前迫切需要能够与光波导、调制器或探测器等集成在同一个芯片上的硅基光源，以满足光通讯和光互连的需要。但是，由于硅为间接带隙半导体，电子不能直接由导带底跃迁到价带顶发出光子，而只能通过发射或吸收声子来实现间接跃迁，由于这种间接跃迁的几率很小，所以硅基光源的光发射效率很低。
[0003]因此，有必要通过对材料进行能带与结构的调控或者与其他材料有效耦合来实现娃基光源。目前，基于娃或SOI (Silicon-On-1nsulator,绝缘衬底上的娃)的激光器受到人们的广泛关注，例如硅基拉曼激光器、稀土离子掺杂Si/Si02光发射器件及硅基量子点激
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[0004]硅基拉曼激光器主要利用硅中受激拉曼散射效应，需要较大功率的光泵浦，因而其应用受到限制；稀土离子掺杂Si/Si02光发射器件主要通过掺杂铒Er3+等离子来增强光发射效率，但其主要通过电注入方式制备，制备方法比较困难；硅基量子点激光器中引入了量子点，通过控制量子点的参数可以调节其出射光的波长，但其发光效率依然不够高，输出功率较小，常温下不能提供足够强度的光。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于，提供一种硅基激光器及其制备方法，能够输出足够大功率的光，常温下也能提供足够强度的光，且工艺简单、应用广泛。
[0006]为达到上述目的，本发明的采用如下技术方案:
[0007]本发明的第一方面，提供一种娃基激光器，包括娃基板层，所述娃基板层之上依次设有发光层及透明导电氧化物层，所述发光层包括量子点层，其中，
[0008]所述量子点层在外界光照射条件下产生光波；
[0009]在所述外界光照射条件下，在所述透明导电氧化物层与空气界面上产生表面等离子体共振；
[0010]在所述外界光照射条件下，在所述透明导电氧化物层与所述发光层界面上产生等离子体共振。
[0011]在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述透明导电氧化物层由不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列构成。
[0012]结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述阵列为圆柱体周期阵列、圆球周期阵列或正六边形柱体周期阵列。
[0013]结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，当所述阵列为圆柱体周期阵列时，每个圆柱体的高度为5?30纳米、直径为20?100纳米、周期为100?400纳米；
[0014]当所述阵列为圆球周期阵列时，每个圆球的直径为20?100纳米、周期为100?400纳米；
[0015]当所述阵列为正六边形柱体周期阵列时，每个正六边形柱体的高度为10?20纳米、正六边形的边长为10?50纳米、周期为200?400纳米。
[0016]结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，当所述阵列为圆柱体周期阵列时，每个圆柱体的高度为20纳米、直径为100纳米、周期为400纳米；
[0017]当所述阵列为圆球周期阵列时，每个圆球的直径为100纳米、周期为400纳米；
[0018]当所述阵列为正六边形柱体周期阵列时，每个正六边形柱体的高度为20纳米、正六边形的边长为50纳米、周期为400纳米。
[0019]结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述发光层还包括设在所述量子点层之上的、用于防止所述量子点层被氧化的保护层，所述保护层为硅层。
[0020]结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述硅基激光器包括至少两层所述发光层。
[0021]结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述保护层的厚度为10?50纳米。
[0022]本发明的第二方面，提供了如上述技术方案中任意一种所述的硅基激光器的制备方法，包括:
[0023]清洗硅基板层；
[0024]在所述硅基板层上生长用于在外界光照射条件下产生光波的发光层，所述发光层包括量子点层；
[0025]在所述发光层上制作透明导电氧化物层。
[0026]在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述在所述发光层上制作透明导电氧化物层具体包括:
[0027]在所述发光层上制作不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列。
[0028]结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述在所述发光层上制作不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列具体包括:
[0029]在所述发光层上制作不连续的、材质为透明导电氧化物的圆柱体周期阵列、圆球周期阵列或正六边形柱体周期阵列。
[0030]结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述在所述发光层上制作透明导电氧化物阵列具体包括:
[0031]使用磁控溅射或脉冲激光沉积在所述发光层上生长透明导电氧化薄膜，然后用光刻胶的刻蚀技术制作周期性阵列。
[0032]结合第二方面，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述在所述硅基板层上生长用于在外界光照射条件下产生光波的发光层具体包括:
[0033]在所述硅基板层上生长在外界光照条件下产生光波的量子点层；
[0034]在所述量子点层上生长用于防止所述量子点层被氧化的保护层，所述保护层为硅层。
[0035]结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述在所述硅基板层上生长在外界光照条件下产生光波的量子点层具体包括:
[0036]使用分子束外延方法在所述硅基板层上生长在外界光照条件下产生光波的量子点层；和/或
[0037]所述在所述量子点层上生长用于防止所述量子点层被氧化的保护层具体包括:
[0038]使用分子束外延方法在所述量子点层上生长用于防止所述量子点层被氧化的保护层。
[0039]本发明提供的硅基激光器及其制备方法，在硅基板层之上依次设有发光层及透明导电氧化物层，且发光层包括量子点层，这样，当外界光照射时量子点层会产生光波，从而使该硅基激光器发光，由于量子点具有较宽的激发谱，因而对外界光波长要求比较简单，不需要较大功率的光泵浦即可激发量子点；并且，当外界光照射时在透明导电氧化物层与空气界面上产生表面等离子体共振，从而增加硅基激光器的发光效率，且当外界光照射时在透明导电氧化物层与发光层界面上也会产生等离子体共振，不但可以增加硅基激光器的发光效率，还可以使量子点发出光的强度得到增强，从而进一步提高硅基激光器的发光强度，即本发明提供的硅基激光器中量子点层发出光波并且其光波强度被增强，且透明导电氧化物层与空气界面产生表面等离子体共振，也能产生光波，因而本发明提供的硅基激光器能够输出较大功率的光，即使常温下能提供足够强度的光，因而应用比较广泛。且该硅基激光器仅包含三层结构，结构简单，制备工艺比较简单。
【附图说明】
[0040]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下