硅基激光器及其制备方法_2

文档序号:8382890阅读:来源:国知局
面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1为本发明实施例提供的一种硅基激光器的结构示意图;
[0042]图2为本发明实施例提供的另一种硅基激光器的结构示意图;
[0043]图3为本发明实施例提供的一种硅基激光器的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0044]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0045]如图1所示,本发明实施例提供了一种硅基激光器,包括硅基板层11,硅基板层11之上依次设有发光层13及透明导电氧化物层15,发光层13包括量子点层131,其中,量子点层131在外界光照射条件下产生光波;在外界光照射条件下,在透明导电氧化物层15与空气界面上产生表面等离子体共振;在外界光照射条件下,在透明导电氧化物层15与发光层13界面上产生等离子体共振。
[0046]本发明提供的硅基激光器,在硅基板层11之上依次设有发光层13及透明导电氧化物层15,且发光层13包括量子点层131,这样,当外界光照射时量子点层131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15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15与发光层13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15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。
[0047]需要说明的是,本发明提供的硅基激光器中,透明导电氧化物层可以如图1所示是由不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列构成,当然也可以是由连续的、材质为透明导电氧化物的薄膜构成,本发明对此不作限定;具体地,该透明导电氧化物可以为铟锡氧化物ΙΤ0、铝掺杂的氧化锌ΑΖ0、氧化锌镓GZO或氧化铟锌IZO中的至少一种,只要为透明的金属氧化物即可,本发明对此不作限定。
[0048]本发明实施例中,当透明导电氧化物层是由不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列构成时,该阵列可以为圆柱体周期阵列,即由多个圆柱体周期排列而形成的结构,这样可以增大透明导电氧化物与空气的接触面积,从而增加激发表面等离子共振的有效界面;每个圆柱体的高度可以为5?30纳米、直径可以为20?100纳米、周期为100?400纳米,优选地,每个圆柱体的高度可以为15?25纳米、直径可以为80?100纳米、周期为300?400纳米,进一步优选地,每个圆柱体的高度可以为20纳米、直径可以为100纳米、周期为400纳米;所谓周期,即阵列的排列,对于圆柱体周期阵列,也就是指两个相邻的圆柱体之间的距离。
[0049]可选地,当透明导电氧化物层是由不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列构成时,该阵列也可以为圆球周期阵列,即由多个圆球周期排列而形成的结构,每个圆球的直径可以为20?100纳米、周期为100?400纳米,优选地,每个圆球的直径可以为80?100纳米、周期为300?400纳米,进一步优选地,每个圆球的直径可以为100纳米、周期为400纳米。
[0050]当然,当透明导电氧化物层是由不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列构成时,该阵列还可以为正六边形柱体周期阵列,即由多个正六边形柱体周期排列而形成的结构,每个正六边形柱体的高度可以为10?20纳米、正六边形的边长可以为10?50纳米、周期为200?400纳米,优选地,每个正六边形柱体的高度可以为15?20纳米、正六边形的边长可以为40?50纳米、周期为300?400纳米,进一步优选地,每个正六边形柱体的高度可以为20纳米、正六边形的边长可以为50纳米、周期为400纳米。
[0051]如图2所述,本发明实施例提供的硅基激光器中,发光层13还可以包括设在量子点层131之上的、用于防止量子点层131被氧化的保护层133,该保护层133可以为硅层、碳化硅层、氮化硅层等,只要能起到防止量子点层131与空气接触从而防止量子点层131被氧化即可,本发明对保护层133的具体材料及具体晶型结构不作限定;保护层133的厚度设置为尽可能薄,以防止保护层133阻碍外界光照射到量子点层131上,同时防止量子点层131产生的光波穿过该保护层133时产生能量损失,以免影响硅基激光器的发光效率,可选地,该保护层的厚度可以为10?50纳米,优选地,可以为10?20纳米,进一步优选地,可以为15纳米。
[0052]需要说明的是,本发明实施例提供的硅基激光器中,可以如图1和图2所示,只包含一层发光层13,也可以包括至少两层发光层13,且每层量子点层131之上都设有保护层133,这样,硅基激光器中由于设有多层量子点层131,当外界光照射时,大量量子点被激发从而产生大量光波,可以有效地提高硅基激光器的发光效率。
[0053]具体地,本发明实施例中,量子点层131主要由量子点组成,该量子点可以为锗量子点、硒化镉量子点、硫化镉量子点或碲化镉量子点中的至少一种,且该量子点三个维度的尺寸可以为几纳米到几百纳米范围内的任何值,可选地,该量子点三个维度的尺寸都小于100纳米,优选地,该量子点三个维度的尺寸都小于50纳米,进一步优选地,该量子点三个维度的尺寸都小于20纳米;硅基板层11可以为单晶硅衬底、多晶硅衬底或非晶硅衬底,当为单晶硅衬底时,该单晶硅衬底可以为(100)、( 111)或(110)取向,总之,只要能在衬底上生长量子点层即可,本发明对此不作限定。
[0054]相应地,如图3所示,本发明还提供了一种硅基激光器的制备方法,可以制备出本发明实施例提供的任何一种娃基激光器,该制备方法包括:
[0055]S1、清洗硅基板层;
[0056]S2、在娃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,该发光层包括量子点层;
[0057]S3、在发光层上制作透明导电氧化物层。
[0058]本发明实施例提供的硅基激光器的制备方法,工艺简单,成本低廉,便于操作实现。
[0059]具体地,S3步骤的在发光层上制作透明导电氧化物层具体可以包括:
[0060]在发光层上制作不连续的、材质为透明导电氧化物的阵列。
[0061]具体地,上述在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可以包括:
[0062]在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。
[0063]可选地,上述在发光层上制作透明导电氧化物阵列具体可以包括:
[0064]使用磁控派射或脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposit1n,PLD)在发光层上生长透明导电氧化薄膜
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