[发明专利]内含硫化银量子点的微盘腔激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内含硫化银量子点的微盘腔激光器及其制备方法，该微盘腔激光器包括依次向上设置的硅基板、硅圆柱和内含硫化银量子点的二氧化硅圆盘。本发明利用低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点，以实现低阈值的近红外光增益。将量子点嵌入二氧化硅中能够避免在微盘腔上涂覆量子点带来的品质因子下降。用内含硫化银量子点的二氧化硅薄膜制备微盘腔，最终能够获得了低阈值、高品质因子和环境友好的微盘腔近红外量子点激光器。

技术领域

本发明涉及一种内含硫化银量子点的微盘腔激光器及其制备方法，属于半导体光电子器件的技术领域。

背景技术

近红外激光器可广泛应用于光通信、遥感和相干等离子体产生等领域。受益于量子限域效应，半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能，例如发射波长随尺寸可调、潜在的低激光阈值和温度不敏感的激光性能。目前，利用分子束外延法制备的近红外量子点激光器已经开始商业应用。相比于外延生长的量子点，胶体量子点具有更小的尺寸和更均一的尺寸分布，因而具有更强的量子限域效应和更窄的发射峰。最常见的近红外发射胶体量子点是铅盐(硫化铅、硒化铅和碲化铅)量子点。它们为岩盐型结构，在布里渊区的L点有4个等效的能带最小值。考虑2重自旋简并，铅盐量子点的最低量子态是8重简并的，平均每个量子点内的激子数要超过4才能实现粒子数反转。这使铅盐量子点的光增益阈值极高，很难实现光增益。目前，迫切需要寻找到一种新型的胶体量子点来实现低阈值的近红外光增益。

近年来，低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点由于在第二近红外窗口具有优异的荧光性质而引起强烈的关注。目前关于硫化银量子点的研究大多聚焦在制备方法以及体内成像，其在激光领域的潜在应用尚未有报道。

微盘腔激光器具有品质因子高、制备便捷和可集成化等优点。然而胶体量子点与微盘腔的耦合一直没能很好地实现。目前，最常用的做法是将量子点涂覆在制备好的二氧化硅微盘腔上，这样会显著降低微盘腔的品质因子。

发明内容

本发明的目的是提供一种内含硫化银量子点的微盘腔激光器及其制备方法，以获得低阈值、高品质因子和环境友好的微盘腔近红外量子点激光器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种内含硫化银量子点的微盘腔激光器，包括依次向上设置的硅基板、硅圆柱和内含硫化银量子点的二氧化硅圆盘。

所述内含硫化银量子点的二氧化硅圆盘由二氧化硅圆盘和嵌入该二氧化硅圆盘中的硫化银量子点组成。

所述硫化银量子点在二氧化硅圆盘中均匀分布。

所述硫化银量子点作为光增益介质。

所述硅圆柱上底面的面积小于内含硫化银量子点的二氧化硅圆盘下底面的面积。

一种内含硫化银量子点的微盘腔激光器的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用高温热分解法制备硫化银量子点；

(2)将步骤(1)得到的硫化银量子点分散于甲苯中，再将硫化银量子点的甲苯分散液与全氢聚硅氮烷混合，然后旋涂到硅基板上来获得内含量子点的二氧化硅膜；

(3)利用反应离子干法刻蚀将内含硫化银量子点的二氧化硅膜刻蚀成内含硫化银量子点的二氧化硅圆盘；

(4)用二氟化氙刻蚀二氧化硅圆盘下方的硅来获得支撑二氧化硅圆盘的硅圆柱。

有益效果：硫化银量子点为单斜晶相，最低量子态只有2重自旋简并，能够实现低阈值的近红外光增益。