[发明专利]基于多层二维材料异质结的量子级联激光器

权利要求书

1.基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，包括由多层二维材料构成的超晶格、由氮化硅和氢硅倍半环氧乙烷构成的光学谐振腔、硅衬底、沉积在硅衬底两端的金属电极、泵浦源；硅衬底上是光学谐振腔的氮化硅，氮化硅上为超晶格，超晶格上为氢硅倍半环氧乙烷，超晶格位于氮化硅和氢硅倍半环氧乙烷之间；两金属电极与泵浦源连接；超晶格为产生激光的工作物质，其中的量子阱产生子能级能够使电子跃迁并发出一定波长的光子；由氮化硅和氢硅倍半环氧乙烷构成的光学谐振腔使超晶格中发出的光子在腔体中反复振荡产生高增益的激光，并保证将所输出激光为高单色性和高方向性；所述硅衬底对激光器起到力学支撑及传导电子的作用；所述电极用以连接外接直流电源并向工作物质注入电子；所述泵浦源为直流电源，对作超晶格产生激励，以实现粒子数反转；

超晶格是由层与层之间依靠范德瓦尔斯力结合的二维材料构成，这类二维材料为层状结构，表面没有悬挂键，是由二硒化钼、二硒化钨、二碲化钼、二碲化钨、二硫化铼，二硒化铼、硒化镓、碲化镓、硒化铟、石墨烯、黑磷等二维材料中的两种层层交替层叠排列的；超晶格包括10-30个周期的异质结构层叠，每个周期中包括3个宽度为1-100纳米并且相互耦合的量子阱。

2.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，超晶格二维材料为二硫化钼和二硫化钨。

3.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，使用的构成超晶格的两种二维材料的能带导带底位置不同，形成0.2-2eV的带阶。

4.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，二硫化钼和二硫化钨导带底分别为-4.27eV和-3.96eV，带阶为0.31eV。

5.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，采用氮化硅、氢硅倍半环氧乙烷作为光学微腔，由化学气相沉积的方法制备，氮化硅、氢硅倍半环氧乙烷厚度分别为150-300纳米、200-480纳米，优选分别为200纳米和280纳米。

6.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，硅衬底采用高掺杂的n型硅作为衬底材料，用以连接金属电极，形成欧姆接触。

7.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，采用紫外曝光的方法设计电极图案，电极的图案是任何几何图案，电极图案平面线度为10-200微米，优选边长100微米的方块状电极；采用电子束沉积的方法制备金属电极，厚度为30-300纳米，可用金、银、铝、箔、钛等金属材料作为电极材料，优选金制备电极与泵浦源相连。

8.按照权利要求1所述的基于多层二维材料异质结的量子级联激光器，其特征在于，以外接直流电源电作为电子的泵浦源，直流电源所提供的工作电压范围为1.0V-3.5V，优选1.5V为工作电压。