[发明专利]一种全无机半导体量子点激光器的制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机半导体量子点激光器的制备方法，所述全无机量子点是以无机ZnO溶胶为表面配体修饰的CdSe/CdS@ZnO量子点，该量子点薄膜经高温退火处理后作为量子点微型激光器的光增益介质层，然后在室温环境下利用电子束热蒸发法沉积高质量的上高反镜，最终制得全无机半导体量子点微型激光器。本发明的全无机量子点激光器，可以有效解决传统量子点因表面有机配体导致的量子点光学性能及器件性能不稳定性的问题，进而增强量子点激光器的发射性能及其稳定性。本发明提出的全无机量子点激光器的制备方有利于促进量子点微型激光器件走向实际应用。

技术领域

本发明提出了一种全无机半导体量子点激光器的制备方法。无机量子点的光学性能及其器件稳定性显著增强，有助于推动半导体量子点光电器件的商业化应用。

背景技术

胶体半导体量子点具有大的比表面积，其表面存在的大量活性原子及悬挂键极易引起表面缺陷态，将会严重降低量子点的荧光量子产率和非线性光学性质。随着胶体半导体量子点制备方法及其光学性质研究日新月异的发展，异质结构“能带工程”理论已成为钝化量子点表面缺陷态、提高其光学性能的首要选择。

通常，在核量子点表面外延生长无机壳层来构建核壳异质结构量子点。无机壳层在一定程度上能够有效钝化核量子点表面的缺陷态，并且隔绝周围环境(氧气、水分等)对量子点荧光量子产量的淬灭作用。然而，严格意义上来讲，在核壳量子点表面依然存在有机配体，才能够使核壳量子点仍旧在有机溶剂中稳定分散、避免团聚。虽然表面有机配体的存在可以改善表面性质、提高荧光量子产率，但这种软钝化的量子点的光学稳定性比较差，有机配体表面修饰也可能在量子点表面引入缺陷。并且在量子点器件制备过程中，难以避免高温环境对量子点发光性能带来的不利影响，主要起源于有机配体在高温环境下的不稳定性，导致对量子点缺陷态的钝化效果退化，从而降低量子点的光学性能和器件的效率及稳定性。

因此，目前迫切需要构建一种新型的全无机量子点，来全面解决传统量子点表面的有机配体不稳定性对其光学性能及器件制备工艺和器件效率等方面带来的严峻的系统挑战。

发明内容

技术问题：为了解决现有量子点技术和实际应用中表面有机配体引发的连锁问题，本发明提出一种全无机半导体量子点激光器的制备方法，既具有优异光学性能又能够解决实际应用瓶颈的激光器件稳定性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种全无机半导体量子点激光器的制备方法的制备方案，所述全无机量子点是以无机ZnO溶胶替代CdSe/CdS核壳量子点表面的有机长碳链作为配体，从而提高量子点的光增益性能，作为一种优异的激光增益介质应用于量子点微型激光器。同时，由于采用旋涂-高温退火相结合的工艺进行量子点薄膜的制备，因而全无机CdSe/CdS@ZnO光增益介质层也具有优异的高温热稳定性，能够承受器件制备过程环境温度带来的影响。最后，基于全无机量子点薄膜优异的平整、致密性，可采取在室温环境下利用电子束热蒸发法在量子点增益介质层表面沉积高质量的上高反镜(CaF₂/ZnS交替介质多层膜)，从而避免了高温环境对量子点薄膜光学性能的损害，提高激光器件的整体性能。因此，该方案从根源上解决了传统量子点在实际应用中面临的难题。

一种全无机半导体量子点激光器的制备方法，以无机ZnO溶胶为表面配体修饰的全无机CdSe/CdS@ZnO量子点作为激光器的光增益介质，由于无机ZnO溶胶取代了量子点表面原有的有机配体，进而提高量子点的光学性能稳定性；同时，基于全无机量子点良好的有机溶剂分散性，采用旋涂法并结合高温退火工艺制备致密、平整、透明的量子点增益介质层；最后，为了避免高温环境对量子点光学性能的影响，在室温环境下利用电子束热蒸发法在量子点增益介质层表面沉积高质量的上高反镜，最终制得全无机半导体量子点微型激光器。

进一步的，该制备方法具体步骤为：

步骤一、将全无机CdSe/CdS@ZnO量子点溶液放入离心机中，去除溶液中的颗粒物；

步骤二、旋涂：