本发明涉及半导体激光器,具体地说是一种红光钙钛矿激光器及制备方法。
背景技术:
1、传统金属-硫属化物激光器存在吸收截面低和光学损耗高的问题,有机-无机钙钛矿虽然表现出优异的光伏性能,但由于环境稳定性方差,同样限制了商业应用。与有机-无机钙钛矿相比,cspbx3(x=cl,br,i)薄膜材料在环境稳定性方面表现出显著优势,且cspbx3(x=cl,br,i)薄膜材料由于具有高扩散长度、高效电荷分离、较宽的光谱吸收和合适的直接带隙等优异的光学特性和电子特性,在光伏和纳米电子学领域受到了极大的关注。
2、sun等人研发的基于cspbx3钙钛矿纳米晶的垂直腔面发射激光器(adv.funct.mater.2017,1605088),具备定向输出(光束发散度≈3.6°)和良好稳定性,这也证实了cspbx3钙钛矿纳米晶作为实用激光介质的可行性。然而该激光器中由于cspbx3薄膜的激子-声子相互作用会导致非辐射复合和缺陷态严重,载流子内部损耗高,从而降低输出效率。
技术实现思路
1、针对上述问题,本申请提供的一种红光钙钛矿激光器及制备方法,不仅具有良好的稳定性,而且能够减少非辐射复合,降低有源区内部损耗,从而降低激光阈值,提升输出效率。
2、本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:
3、一种红光钙钛矿激光器,包括钙钛矿有源层,所述钙钛矿有源层的两侧分别由内向外依次设置有缓冲层和反射镜;
4、所述的钙钛矿有源层为cs(pb,mn)i3薄膜;
5、所述的缓冲层为cspbbr3薄膜;
6、所述的反射镜包括gan衬底,所述gan衬底的朝向缓冲层的一侧外延生长有反射膜,所述的反射膜由gan膜和n+-gan膜交叠而成。
7、进一步地,所述cs(pb,mn)i3薄膜的物理厚度为250nm。
8、进一步地,所述cs(pb,mn)i3薄膜中的mn2+的掺杂浓度为1%-3%。
9、进一步地,所述cspbbr3薄膜的物理厚度为30nm。
10、进一步地,所述的反射膜由五对gan膜和n+-gan膜组成,且每对gan膜和n+-gan膜的光学厚度为激光器对应波长的四分之一。
11、进一步地,所述的反射镜上设置有贯穿所述反射膜的沟槽。
12、进一步地,所述沟槽的宽度m为10μm,当所述沟槽的数量为多道时,相邻两个沟槽之间的间距n为100μm。
13、一种红光钙钛矿激光器制备方法,包括以下步骤,
14、s1,在gan衬底表面生长反射膜,制备反射镜;
15、1.1在衬底依次生长低温gan成核层和gan层,从而得到gan衬底;
16、1.2在gan衬底的gan层上交替生长gan膜和n+-gan膜;
17、s2,制备cspbbr3靶材;
18、2.1将csbr和pbbr2用研钵混合均匀后,采用球磨机搅拌研磨,然后将混合粉料放置于模具中,并对靶材进行压制,得到cspbbr3靶材坯;
19、2.2对步骤2.1得到的cspbbr3靶材坯进行烧结,得到cspbbr3靶材;
20、s3,制备cs(pb,mn)i3靶材;
21、3.1将csi、pbi2和mni2用研钵混合均匀后,采用球磨机搅拌研磨,然后将混合粉料放置于磨具中,并对靶材进行压制,得到cs(pb,mn)i3靶材坯;
22、3.2对步骤3.1得到的cs(pb,mn)i3靶材坯进行烧结,得到cs(pb,mn)i3靶材;
23、s4,在步骤s1得到的反射镜上生长cspbbr3薄膜;
24、4.1将一个反射镜和cspbbr3靶材装入pld腔体中;
25、4.2通过krf准分子激光器发出高能激光光束轰击cspbbr3靶材表面,产生等离子体羽辉,从而在反射镜上实现cspbbr3薄膜的外延生长;
26、s5,将cspbbr3靶材更换为cs(pb,mn)i3靶材,并重复步骤s4的操作,从而在步骤s4得到的cspbbr3薄膜上生长cs(pb,mn)i3薄膜;
27、s6,将cs(pb,mn)i3靶材更换为cspbbr3靶材,并重复步骤s4的操作,从而在步骤s5得到的cs(pb,mn)i3薄膜上生长cspbbr3薄膜;
28、s7,进行退火处理,然后冷却至室温;
29、s8,将另一个反射镜粘接在步骤s6生长的cspbbr3薄膜上,得到激光器。
30、进一步地,对步骤s8得到的激光器进行干燥,并在干燥的过程中对激光器进行压制。
31、进一步地,步骤s7中,退火温度为390℃-410℃。
32、本发明的有益效果是:
33、1、cspbi3具有高光致发光、良好的热稳定性和合适的带隙,然而,cspbi3量子点的亚稳相阻碍了高效激光器的制备。本申请实施例提供的一种红光钙钛矿激光器通过在cspbi3薄膜中掺杂mn2+,一方面离子尺寸较小的mn2+能够导致晶格收缩,抑制了[pbi6]4-的畸变,提高cspbi3的稳定性;另一方面通过mn2+掺杂调制cspbi3声子谱,能够减少非辐射复合,降低有源区内部损耗,从而提升输出效率。
34、2、本申请实施例提供的一种红光钙钛矿激光器制备方法,利用pld生长技术实现了cspbi3薄膜材料精确成分和可控均匀厚度的高质量薄膜生长,降低了带隙缺陷,提高了红光钙钛矿激光器的输出功率和效率。
1.一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:包括钙钛矿有源层(3),所述钙钛矿有源层(3)的两侧分别由内向外依次设置有缓冲层(2)和反射镜(1);
2.根据权利要求1所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述cs(pb,mn)i3薄膜的物理厚度为250nm。
3.根据权利要求1所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述cs(pb,mn)i3薄膜中的mn2+的掺杂浓度为1%-3%。
4.根据权利要求1所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述cspbbr3薄膜的物理厚度为30nm。
5.根据权利要求1所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述的反射膜由五对gan膜(12)和n+-gan膜(12)组成,且每对gan膜(12)和n+-gan膜(12)的光学厚度为激光器对应波长的四分之一。
6.根据权利要求1所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述的反射镜(1)上设置有贯穿所述反射膜的沟槽(14)。
7.根据权利要求6所述的一种红光钙钛矿激光器,其特征在于:所述沟槽(14)的宽度m为10μm,当所述沟槽(14)的数量为多道时,相邻两个沟槽(14)之间的间距n为100μm。
8.一种用于权利要求1-7任一项所述红光钙钛矿激光器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,
9.根据权利要求8所述的一种红光钙钛矿激光器制备方法,其特征在于:对步骤s8得到的激光器进行干燥,并在干燥的过程中对激光器进行压制。
10.根据权利要求8所述的一种红光钙钛矿激光器制备方法,其特征在于:步骤s7中,退火温度为390℃-410℃。